ES3009572T3 - Processes for producing fluorided solid oxides and uses thereof in metallocene-based catalyst systems - Google Patents
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Abstract
Se describen aquí métodos para preparar óxidos sólidos fluorados mediante la puesta en contacto de un compuesto ácido que contiene flúor con una base inorgánica para formar una mezcla acuosa con un pH de al menos 4, seguida de la puesta en contacto de un óxido sólido con la mezcla acuosa para producir el óxido sólido fluorado. También se describen métodos para preparar óxidos sólidos fluorados mediante la puesta en contacto de un compuesto ácido que contiene flúor con un óxido sólido para producir una mezcla, seguida de la puesta en contacto de esta con una base inorgánica para producir el óxido sólido fluorado a un pH de al menos aproximadamente 4. El óxido sólido fluorado puede utilizarse como componente activador en un sistema catalítico para la polimerización de olefinas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Described herein are methods for preparing fluorinated solid oxides by contacting a fluorine-containing acidic compound with an inorganic base to form an aqueous mixture having a pH of at least about 4, followed by contacting a solid oxide with the aqueous mixture to produce the fluorinated solid oxide. Also described are methods for preparing fluorinated solid oxides by contacting a fluorine-containing acidic compound with a solid oxide to produce a mixture, followed by contacting the mixture with an inorganic base to produce the fluorinated solid oxide at a pH of at least about 4. The fluorinated solid oxide can be used as an activator component in a catalyst system for olefin polymerization. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procesos para producir óxidos sólidos fluorados y usos de los mismos en sistemas catalizadores basados en metalocenos Processes for producing fluorinated solid oxides and their uses in metallocene-based catalyst systems
Referencia a solicitud relacionada Reference to related request
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE. UU. N.° 62/737,157 presentada el 27 de septiembre de 2018. This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/737,157 filed on September 27, 2018.
Antecedentes de la invención Background of the invention
La presente invención se refiere en general al campo de la catálisis de polimerización de olefinas, composiciones catalizadoras soportadas, métodos para la polimerización de olefinas y poliolefinas. Más específicamente, esta invención se refiere a óxidos sólidos fluorados, a métodos para fabricar óxidos sólidos fluorados y a composiciones catalizadoras y procesos de polimerización que emplean estos óxidos sólidos fluorados. The present invention relates generally to the field of olefin polymerization catalysis, supported catalyst compositions, and methods for the polymerization of olefins and polyolefins. More specifically, this invention relates to fluorinated solid oxides, methods for manufacturing fluorinated solid oxides, and catalyst compositions and polymerization processes employing these fluorinated solid oxides.
Los compuestos de flúor, como el fluoruro de hidrógeno y el ácido fluorhídrico, son muy corrosivos y pueden liberar gases nocivos durante su procesamiento. Por lo tanto, sería beneficioso usar compuestos de flúor para producir óxidos sólidos fluorados de una manera más segura y con pocas o ninguna emisión. Por consiguiente, es a estos fines a los que se dirige en general la presente invención. Fluorine compounds, such as hydrogen fluoride and hydrofluoric acid, are highly corrosive and can release harmful gases during processing. Therefore, it would be beneficial to use fluorine compounds to produce solid fluorinated oxides in a safer manner and with few or no emissions. Accordingly, it is to these ends that the present invention is generally directed.
Compendio de la invención Summary of the invention
Este resumen se proporciona para introducir de una forma simplificada una selección de conceptos que se describen adicionalmente más adelante en la descripción detallada. Este compendio no está destinado a identificar las característica requeridas o esenciales de la materia objeto reivindicada. Este resumen tampoco está destinado a ser usado para limitar el alcance de la materia objeto reivindicada. This summary is provided to introduce, in a simplified form, a selection of concepts that are further described below in the detailed description. This summary is not intended to identify the required or essential characteristics of the claimed subject matter. Nor is this summary intended to be used to limit the scope of the claimed subject matter.
En el presente documento se describen y divulgan procesos para producir óxidos sólidos fluorados. Un primer proceso para producir un óxido sólido fluorado puede comprender (a) poner en contacto un compuesto ácido que contiene flúor y una base inorgánica para producir una mezcla acuosa que tiene un pH de al menos aproximadamente 4, y (b) poner en contacto un óxido sólido con la mezcla acuosa para producir el óxido sólido fluorado. Un segundo proceso para producir un óxido sólido fluorado puede comprender (A) poner en contacto un compuesto ácido que contiene flúor con un óxido sólido para producir una mezcla; y (B) poner en contacto la mezcla con una base inorgánica para producir el óxido sólido fluorado a un pH de al menos aproximadamente 4. En aspectos no limitantes de esta invención, el compuesto ácido que contiene flúor puede comprender ácido tetrafluorobórico (HBF4) y/o ácido hexafluorosilícico (H2SiF6), la base inorgánica puede comprender una base que contiene zinc, tal como, ZnO, y el óxido sólido puede comprender sílice-alúmina y/o alúmina recubierta de sílice. Described and disclosed herein are processes for producing fluorinated solid oxides. A first process for producing a fluorinated solid oxide may comprise (a) contacting a fluorine-containing acidic compound and an inorganic base to produce an aqueous mixture having a pH of at least about 4, and (b) contacting a solid oxide with the aqueous mixture to produce the fluorinated solid oxide. A second process for producing a fluorinated solid oxide may comprise (A) contacting a fluorine-containing acidic compound with a solid oxide to produce a mixture; and (B) contacting the mixture with an inorganic base to produce the fluorinated solid oxide at a pH of at least about 4. In non-limiting aspects of this invention, the fluorine-containing acid compound may comprise tetrafluoroboric acid (HBF4) and/or hexafluorosilicic acid (H2SiF6), the inorganic base may comprise a zinc-containing base, such as ZnO, and the solid oxide may comprise silica-alumina and/or silica-coated alumina.
También se proporcionan composiciones catalizadoras que contienen estos óxidos sólidos fluorados. Una de dichas composiciones catalizadoras puede comprender un compuesto de metaloceno, un óxido sólido fluorado y un cocatalizador opcional. Las composiciones catalizadoras se pueden usar para polimerizar olefinas para formar homopolímeros, copolímeros, terpolímeros, y similares. Un proceso de polimerización de olefinas en presencia de una composición catalizadora de la presente invención puede comprender poner en contacto la composición catalizadora con un monómero de olefina y opcionalmente un comonómero de olefina en un sistema de reactor de polimerización, en condiciones de polimerización, para producir el polímero de olefina. Catalyst compositions containing these fluorinated solid oxides are also provided. One such catalyst composition may comprise a metallocene compound, a fluorinated solid oxide, and an optional cocatalyst. The catalyst compositions can be used to polymerize olefins to form homopolymers, copolymers, terpolymers, and the like. A process for polymerizing olefins in the presence of a catalyst composition of the present invention may comprise contacting the catalyst composition with an olefin monomer and optionally an olefin comonomer in a polymerization reactor system, under polymerization conditions, to produce the olefin polymer.
Los polímeros producidos a partir de la polimerización de olefinas, que dan como resultado copolímeros u homopolímeros basados en etileno o basados en propileno, por ejemplo, se pueden usar para producir diversos artículos de fabricación. Polymers produced from the polymerization of olefins, resulting in ethylene-based or propylene-based copolymers or homopolymers, for example, can be used to produce various manufactured goods.
Tanto el resumen anterior como la siguiente descripción detallada proporcionan ejemplos y son meramente explicativos. Por consiguiente, el compendio anterior y la siguiente descripción detallada no deben considerarse restrictivos. Además, se pueden proporcionar características o variaciones adicionales a los que se exponen en el presente documento. Por ejemplo, determinados aspectos pueden referirse a diversas combinaciones y subcombinaciones de características descritas en la descripción detallada. Both the preceding summary and the following detailed description provide examples and are merely explanatory. Accordingly, the preceding summary and the following detailed description should not be considered restrictive. In addition, additional features or variations beyond those set forth herein may be provided. For example, certain aspects may relate to various combinations and subcombinations of features described in the detailed description.
Breve descripción de las figuras Brief description of the figures
La FIG. 1 presenta un gráfico de la distribución del tamaño de partícula del óxido sólido fluorado del Ejemplo 15. FIG. 1 presents a graph of the particle size distribution of the fluorinated solid oxide of Example 15.
La FIG. 2 presenta una micrografía electrónica de barrido del óxido sólido fluorado del Ejemplo 15. FIG. 2 presents a scanning electron micrograph of the fluorinated solid oxide of Example 15.
Definiciones Definitions
Para definir con más claridad los términos usados en el presente documento, se proporcionan las siguientes definiciones. A menos que se indique de otro modo, las siguientes definiciones son aplicables a esta divulgación. Si se usa un término en esta divulgación, pero no se define específicamente en el presente documento, se puede aplicar la definición del Compendio de Terminología Química de la IUPAC, 2.a Ed. (1997), siempre que esa definición no entre en conflicto con ninguna otra divulgación o definición aplicada en este documento, o deje inhabilitada o sin definir cualquier reivindicación a la que se aplique esa definición. En la medida en que cualquier definición o uso proporcionado por cualquier documento incorporado por referencia al presente documento entre en conflicto con la definición o el uso proporcionado en el presente documento, prevalecerá la definición o el uso proporcionado en el presente documento. To more clearly define the terms used herein, the following definitions are provided. Unless otherwise indicated, the following definitions apply to this disclosure. If a term is used in this disclosure but not specifically defined herein, the definition in the IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 2nd Ed. (1997), may be applied, provided that that definition does not conflict with any other disclosure or definition applied herein, or render any claim to which that definition applies disabled or undefined. To the extent that any definition or usage provided by any document incorporated by reference herein conflicts with the definition or usage provided herein, the definition or usage provided herein shall govern.
En el presente documento, se describen las características de la materia objeto de estudio de manera que, dentro de aspectos particulares, pueda preverse una combinación de diferentes características. Para todos y cada uno de los aspectos y/o características descritos en el presente documento, se contemplan todas las combinaciones que no afecten negativamente a los diseños, composiciones, procesos o métodos descritos en el presente documento con o sin descripción explícita de la combinación particular. Además, a menos que se indique explícitamente de otra forma, cualquier aspecto y/o característica que se describa en el presente documento se puede combinar para describir diseños, composiciones, procesos o métodos inventivos que sean consistentes con la presente divulgación. Features of the subject matter are described herein such that, within particular aspects, a combination of different features may be envisioned. For each and every aspect and/or feature described herein, all combinations that do not adversely affect the designs, compositions, processes, or methods described herein are contemplated, with or without an explicit description of the particular combination. Furthermore, unless explicitly indicated otherwise, any aspect and/or feature described herein may be combined to describe inventive designs, compositions, processes, or methods that are consistent with the present disclosure.
Aunque en el presente documento se describen composiciones y métodos/procesos en términos de "que comprende" diversos componentes o etapas, las composiciones y métodos/procesos también pueden "consistir esencialmente en" o "consistir en" los diversos componentes o etapas, a menos que se indique de otra forma. Por ejemplo, una composición catalizadora consistente con aspectos de la presente invención puede comprender; alternativamente, puede consistir esencialmente en; o alternativamente, puede consistir en; un compuesto de metaloceno, un óxido sólido fluorado y un cocatalizador. Although compositions and methods/processes are described herein in terms of "comprising" various components or steps, the compositions and methods/processes may also "consist essentially of" or "consist of" the various components or steps, unless otherwise indicated. For example, a catalyst composition consistent with aspects of the present invention may comprise; alternatively, may consist essentially of; or alternatively, may consist of; a metallocene compound, a fluorinated solid oxide, and a cocatalyst.
Los términos "un", "uno", "una" y "el(la)" pretenden incluir alternativas en plural, por ejemplo, al menos una, a menos que se especifique de otra forma. Por ejemplo, la descripción de "un compuesto de metaloceno" o "comonómero" pretende abarcar un, o mezclas o combinaciones de más de un, compuesto de metaloceno o comonómero, respectivamente, a menos que se especifique de otra forma. The terms "a," "an," and "the" are intended to include plural alternatives, for example, at least one, unless otherwise specified. For example, the description "a metallocene compound" or "comonomer" is intended to encompass one, or mixtures or combinations of more than one, metallocene compound or comonomer, respectively, unless otherwise specified.
En general, los grupos de elementos se indican usando el esquema de numeración indicado en la versión de la tabla periódica de los elementos publicada enChemical and Engineering News,63(5), 27, 1985. En algunos casos, se puede indicar un grupo de elementos usando un nombre común asignado al grupo; por ejemplo, metales alcalinos para elementos del Grupo 1, metales alcalinotérreos para elementos del Grupo 2, metales de transición para elementos de los Grupo 3-12 y halógenos o haluros para elementos del Grupo 17. In general, groups of elements are indicated using the numbering scheme given in the version of the periodic table of the elements published in Chemical and Engineering News, 63(5), 27, 1985. In some cases, a group of elements may be indicated by using a common name assigned to the group; for example, alkali metals for Group 1 elements, alkaline earth metals for Group 2 elements, transition metals for Group 3-12 elements, and halogens or halides for Group 17 elements.
Para cualquier compuesto particular explicado en el presente documento, el nombre o la estructura general presentada también abarca todos los isómeros estructurales, isómeros conformacionales y estereoisómeros que puedan provenir de un conjunto particular de sustituyentes, a menos que se indique de otra forma. Por lo tanto, una referencia general a un compuesto incluye todos los isómeros estructurales a menos que se indique explícitamente otra cosa; por ejemplo, una referencia general a pentano incluye n-pentano, 2-metil-butano y 2,2-dimetilpropano, mientras que una referencia general a un grupo butilo incluye un grupo n-butilo, un grupo secbutilo, un grupo isobutilo y un grupo terc-butilo. Adicionalmente, la referencia a una estructura o nombre general abarca todos los enantiómeros, diastereómeros y otros isómeros ópticos, ya sea en formas enantioméricas o racémicas, así como mezclas de estereoisómeros, según lo permita o lo requiera el contexto. For any particular compound discussed herein, the general name or structure presented also encompasses all structural isomers, conformational isomers, and stereoisomers that may arise from a particular set of substituents, unless otherwise indicated. Thus, a general reference to a compound includes all structural isomers unless explicitly indicated otherwise; for example, a general reference to pentane includes n-pentane, 2-methylbutane, and 2,2-dimethylpropane, while a general reference to a butyl group includes an n-butyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, and a tert-butyl group. Additionally, reference to a general name or structure encompasses all enantiomers, diastereomers, and other optical isomers, whether in enantiomeric or racemic forms, as well as mixtures of stereoisomers, as the context permits or requires.
El término "polímero" se usa en el presente documento de forma genérica para incluir homopolímeros, copolímeros, terpolímeros y similares de olefinas, así como aleaciones y mezclas de los mismos. El término "polímero" también incluye copolímeros de impacto, de bloque, de injerto, aleatorios y alternados. Un copolímero se deriva a partir de un monómero de olefina y un comonómero de olefina, mientras que un terpolímero se deriva a partir de un monómero de olefina y dos comonómeros de olefina. Por consiguiente, "polímero" abarca copolímeros y terpolímeros derivados a partir de cualquier monómero y comonómero(s) de olefina descritos en el presente documento. Del mismo modo, el alcance del término "polimerización" incluye la homopolimerización, la copolimerización y la terpolimerización. Por lo tanto, un polímero de etileno incluye homopolímeros de etileno, copolímeros de etileno (por ejemplo, copolímeros de etileno/a-olefina), terpolímeros de etileno y similares, así como mezclas o combinaciones de los mismos. Por tanto, un polímero de etileno engloba los polímeros a menudo denominados en la técnica LLDPE (polietileno lineal de baja densidad) y HDPE (polietileno de alta densidad). Como ejemplo, un copolímero de olefina, tal como, un copolímero de etileno, se puede derivar a partir de etileno y un comonómero, tal como, 1-buteno, 1-hexeno o 1-octeno. Si el monómero y el comonómero fueran etileno y 1-hexeno, respectivamente, el polímero resultante se puede clasificar como un copolímero de etileno/1-hexeno. El término "polímero" también incluye todas las configuraciones geométricas posibles, a menos que se indique de otra forma, y tales configuraciones pueden incluir simetrías isotácticas, sindiotácticas y aleatorias. Además, los “polímeros” descritos en el presente documento (por ejemplo, polímeros de etileno) también se pueden denominar “composiciones poliméricas”. The term "polymer" is used herein generically to include homopolymers, copolymers, terpolymers, and the like of olefins, as well as alloys and blends thereof. The term "polymer" also includes impact, block, graft, random, and alternating copolymers. A copolymer is derived from one olefin monomer and one olefin comonomer, while a terpolymer is derived from one olefin monomer and two olefin comonomers. Accordingly, "polymer" encompasses copolymers and terpolymers derived from any olefin monomer and comonomer(s) described herein. Similarly, the scope of the term "polymerization" includes homopolymerization, copolymerization, and terpolymerization. Thus, an ethylene polymer includes ethylene homopolymers, ethylene copolymers (e.g., ethylene/α-olefin copolymers), ethylene terpolymers, and the like, as well as mixtures or blends thereof. Thus, an ethylene polymer encompasses the polymers often referred to in the art as LLDPE (linear low-density polyethylene) and HDPE (high-density polyethylene). As an example, an olefin copolymer, such as an ethylene copolymer, can be derived from ethylene and a comonomer, such as 1-butene, 1-hexene, or 1-octene. If the monomer and comonomer were ethylene and 1-hexene, respectively, the resulting polymer can be classified as an ethylene/1-hexene copolymer. The term "polymer" also includes all possible geometric configurations, unless otherwise indicated, and such configurations can include isotactic, syndiotactic, and random symmetries. In addition, the “polymers” described herein (e.g., ethylene polymers) may also be referred to as “polymer compositions.”
El término "cocatalizador" se usa de manera general en el presente documento para hacer referencia a compuestos, tales como, compuestos de aluminoxano, compuestos de organoboro u organoborato, compuestos iónicos ionizantes, compuestos de organoaluminio, compuestos de organozinc, compuestos de organomagnesio, compuestos de organolitio, y similares, que pueden constituir un componente de una composición catalizadora, cuando se usa, por ejemplo, además de un óxido sólido fluorado. El término "cocatalizador" se usa independientemente de la función real del compuesto o cualquier mecanismo químico mediante el cual pueda operar el compuesto. The term "cocatalyst" is used generally herein to refer to compounds, such as aluminoxane compounds, organoboron or organoborate compounds, ionizing ionic compounds, organoaluminum compounds, organozinc compounds, organomagnesium compounds, organolithium compounds, and the like, which may constitute a component of a catalyst composition, when used, for example, in addition to a fluorinated solid oxide. The term "cocatalyst" is used without regard to the actual function of the compound or any chemical mechanism by which the compound may operate.
Las expresiones "composición catalizadora", "mezcla catalizadora", "sistema catalizador", y similares, no dependen del producto o composición real resultante del contacto o reacción de los componentes iniciales de la composición/mezcla/sistema catalizador divulgados o reivindicados, la naturaleza del sitio catalítico activo, o el destino del cocatalizador, el compuesto de metaloceno, o el óxido sólido fluorado, después de combinar estos componentes. Por lo tanto, las expresiones “composición catalizadora”, “mezcla catalizadora”, “sistema catalizador”, y similares, abarcan los componentes de partida iniciales de la composición, así como cualquier producto(s) que pueda(n) resultar de poner en contacto estos componentes de partida iniciales, y esto incluye los sistemas o las composiciones catalizadores tanto heterogéneos como homogéneos. Las expresiones "composición catalizadora", "mezcla catalizadora", "sistema catalizador" y similares, se pueden usar indistintamente en toda esta divulgación. The terms "catalyst composition," "catalyst mixture," "catalyst system," and the like, are independent of the actual product or composition resulting from the contact or reaction of the initial components of the disclosed or claimed catalyst composition/mixture/system, the nature of the active catalytic site, or the fate of the cocatalyst, metallocene compound, or fluorinated solid oxide after combining these components. Thus, the terms "catalyst composition," "catalyst mixture," "catalyst system," and the like, encompass the initial starting components of the composition as well as any product(s) that may result from contacting these initial starting components, and this includes both heterogeneous and homogeneous catalyst systems or compositions. The terms "catalyst composition," "catalyst mixture," "catalyst system," and the like, may be used interchangeably throughout this disclosure.
La expresión "poner en contacto" se usa en el presente documento para hacer referencia a materiales o componentes que se pueden combinar, mezclar, suspender, disolver, sumergir, hacer reaccionar, tratar, pulverizar, impregnar, combinar o de otra forma poner en contacto o combinar de alguna otra manera o mediante cualquier método adecuado. Los materiales o componentes se pueden poner en contacto o combinarse entre sí en cualquier orden, de cualquier manera y durante cualquier período de tiempo, a menos que se especifique de otra forma. The term "contacting" is used herein to refer to materials or components that may be combined, mixed, suspended, dissolved, immersed, reacted, treated, sprayed, impregnated, blended, or otherwise brought into contact or combined in any other manner or by any suitable method. The materials or components may be contacted or combined with each other in any order, in any manner, and for any period of time, unless otherwise specified.
Aunque se puede usar cualesquiera métodos, dispositivos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento, en la práctica o ensayo de la invención, en el presente documento se describen los métodos, dispositivos y materiales típicos. Although any methods, devices, and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the invention, typical methods, devices, and materials are described herein.
En la presente invención se describen varios tipos de intervalos. Cuando se divulga o reivindica un intervalo de cualquier tipo, la intención es divulgar o reivindicar individualmente cada número posible que dicho intervalo pudiese razonablemente abarcar, incluidos los puntos finales del intervalo, así como cualquier subintervalo y combinaciones de subintervalos que abarque. Como ejemplo representativo, el pH de una mezcla acuosa puede estar en ciertos intervalos en varios aspectos de esta invención. Mediante una divulgación de que el pH puede estar en un intervalo de aproximadamente 4 a aproximadamente 8, la intención es recitar que el pH puede ser cualquier valor dentro del intervalo y, por ejemplo, puede ser igual a aproximadamente 4, aproximadamente 4,5, aproximadamente 5, aproximadamente 5,5, aproximadamente 6, aproximadamente 6,5, aproximadamente 7, aproximadamente 7,5 o aproximadamente 8. Además, el pH puede estar dentro de cualquier intervalo de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 (por ejemplo, de aproximadamente 4 a aproximadamente 7,5), y esto también incluye cualquier combinación de intervalos entre aproximadamente 4 y aproximadamente 8 (por ejemplo, el pH puede estar en un intervalo de aproximadamente 4,2 a aproximadamente 6,8, o de aproximadamente 4,5 a aproximadamente 6,5). Además, en todos los casos en que se divulga “aproximadamente” un valor particular, se divulga ese valor en sí. De este modo, la divulgación de un intervalo de pH de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 también divulga un intervalo de pH de 4 a 8 (por ejemplo, de 4 a 7,5), y esto también incluye cualquier combinación de intervalos entre 4 y 8 (por ejemplo, el pH puede estar en un intervalo de 4,2 a 6,8, o de 4,5 a 6,5). Asimismo, todos los demás intervalos divulgados en el presente documento se deben interpretar de manera similar a este ejemplo. Various types of ranges are described herein. When a range of any type is disclosed or claimed, it is intended to individually disclose or claim each possible number that such a range could reasonably encompass, including the endpoints of the range, as well as any subranges and combinations of subranges that it encompasses. As a representative example, the pH of an aqueous mixture may lie within certain ranges in various aspects of this invention. By a disclosure that the pH may be in a range of about 4 to about 8, the intention is to recite that the pH may be any value within the range, and may, for example, be equal to about 4, about 4.5, about 5, about 5.5, about 6, about 6.5, about 7, about 7.5, or about 8. Furthermore, the pH may be within any range from about 4 to about 8 (e.g., from about 4 to about 7.5), and this also includes any combination of ranges between about 4 and about 8 (e.g., the pH may be in a range from about 4.2 to about 6.8, or from about 4.5 to about 6.5). Furthermore, in all cases where “about” a particular value is disclosed, that value itself is disclosed. Thus, the disclosure of a pH range of about 4 to about 8 also discloses a pH range of 4 to 8 (e.g., 4 to 7.5), and this also includes any combination of ranges between 4 and 8 (e.g., the pH may be in a range of 4.2 to 6.8, or 4.5 to 6.5). Likewise, all other ranges disclosed herein should be construed similarly to this example.
El término "aproximadamente" significa que las cantidades, tamaños, formulaciones, parámetros y otras cantidades y características no son y no necesitan ser exactos, pero pueden ser aproximados inclusive ser mayores o menores, según se desee, reflejando tolerancias, factores de conversión, redondeos, errores de medición y similares, y otros factores conocidos por los expertos en la materia. En general, una cantidad, tamaño, formulación, parámetro u otra cantidad o característica es "aproximadamente" o "alrededor de", ya sea que se indique expresamente o no que lo sea. El término “aproximadamente” también abarca las cantidades que difieren debido a las diferentes condiciones de equilibrio para una composición que se obtiene a partir de una mezcla particular inicial. Estén o no modificadas por el término "aproximadamente", las reivindicaciones incluyen equivalentes de las cantidades. El término "aproximadamente" puede significar dentro del 10% del valor numérico informado, preferiblemente dentro del 5% del valor numérico informado. The term "about" means that quantities, sizes, formulations, parameters, and other amounts and characteristics are not and need not be exact, but may be approximate or even greater or less, as desired, reflecting tolerances, conversion factors, rounding, measurement errors, and the like, and other factors known to those skilled in the art. In general, a quantity, size, formulation, parameter, or other amount or characteristic is "approximately" or "about," whether or not expressly stated to be so. The term "about" also encompasses quantities that differ due to different equilibrium conditions for a composition obtained from a particular initial mixture. Whether or not modified by the term "about," the claims include equivalents of the quantities. The term "about" may mean within 10% of the reported numerical value, preferably within 5% of the reported numerical value.
Descripción detallada Detailed description
La presente divulgación en general se refiere a óxidos sólidos fluorados, métodos para preparar los óxidos sólidos fluorados, composiciones catalizadoras que emplean los óxidos sólidos fluorados, métodos para usar las composiciones catalizadores para polimerizar olefinas, las resinas poliméricas producidas usando tales composiciones catalizadores y artículos producidos usando estas resinas poliméricas. The present disclosure generally relates to fluorinated solid oxides, methods for preparing the fluorinated solid oxides, catalyst compositions employing the fluorinated solid oxides, methods for using the catalyst compositions to polymerize olefins, polymer resins produced using such catalyst compositions, and articles produced using these polymer resins.
Los óxidos sólidos fluorados producidos comercialmente, tal como, la alúmina recubierta de sílice fluorada, típicamente se preparan sumergiendo el óxido sólido en una solución fuertemente ácida de HF (o ácido fluorhídrico) y dejando que el flúor tenga tiempo suficiente para impregnar y reaccionar con el óxido sólido. Este proceso tarda típicamente 12 horas antes del secado por pulverización. De otra forma, si la reacción es incompleta, se pueden liberar vapores de HF a la atmósfera. Después, la suspensión neutralizada se seca por pulverización para producir partículas de óxido sólido fluorado muy finas, generalmente con un tamaño de partícula promedio d50 de menos de 40 micrones y, en algunos casos, menos de 35 micrones. Además, debido a las emisiones de flúor y a consideraciones de seguridad, este método para producir óxidos sólidos fluorados no se practica en los Estados Unidos. Commercially produced fluorinated solid oxides, such as fluorinated silica-coated alumina, are typically prepared by immersing the solid oxide in a strongly acidic HF (or hydrofluoric acid) solution and allowing the fluorine sufficient time to permeate and react with the solid oxide. This process typically takes 12 hours before spray drying. Otherwise, if the reaction is incomplete, HF vapors may be released to the atmosphere. The neutralized slurry is then spray dried to produce very fine fluorinated solid oxide particles, generally with an average d50 particle size of less than 40 microns and, in some cases, less than 35 microns. Furthermore, due to fluorine emissions and safety considerations, this method of producing fluorinated solid oxides is not practiced in the United States.
Los procesos descritos en el presente documento para preparar óxidos sólidos fluorados ofrecen varias ventajas. En un proceso, el compuesto de flúor ácido reacciona con una base inorgánica, de modo que la mezcla acuosa resultante que contiene flúor no emite humos de fluoruro de hidrógeno potencialmente peligrosos a la atmósfera durante el secado por pulverización. Además, al aumentar el pH de la mezcla acuosa a un pH relativamente neutro (>4,0), no solo se elimina el potencial de emisiones de fluoruro de hidrógeno antes del secado por pulverización, sino que también se reduce significativamente la corrosividad de la mezcla acuosa que contiene flúor. Además, el tiempo necesario para neutralizar el ácido se reduce significativamente, lo que da como resultado un proceso más rentable. Además, se pueden producir fácilmente óxidos sólidos fluorados con un tamaño de partícula promedio d50 de más de 40 micrones y, en algunos casos, de más de 50 micrones. The processes described herein for preparing fluorinated solid oxides offer several advantages. In one process, the acidic fluorine compound reacts with an inorganic base such that the resulting fluorine-containing aqueous mixture does not emit potentially hazardous hydrogen fluoride fumes into the atmosphere during spray drying. Furthermore, by increasing the pH of the aqueous mixture to a relatively neutral pH (>4.0), not only is the potential for hydrogen fluoride emissions eliminated prior to spray drying, but the corrosivity of the fluorine-containing aqueous mixture is also significantly reduced. In addition, the time required to neutralize the acid is significantly reduced, resulting in a more cost-effective process. Furthermore, fluorinated solid oxides with an average particle size d50 of greater than 40 microns, and in some cases, greater than 50 microns, can be readily produced.
En otro proceso, el compuesto de flúor ácido se pone en contacto inicialmente con el óxido sólido, pero después se añade una base inorgánica para aumentar el pH a un pH relativamente neutro. Por lo tanto, como se mencionó anteriormente, no se emiten humos de fluoruro de hidrógeno potencialmente peligrosos a la atmósfera durante el secado por pulverización, y la corrosividad del óxido sólido fluorado para el secado por pulverización y otros equipos también se reduce significativamente. In another process, the acidic fluorine compound is initially brought into contact with the solid oxide, but an inorganic base is then added to raise the pH to a relatively neutral pH. Therefore, as mentioned above, potentially hazardous hydrogen fluoride fumes are not emitted into the atmosphere during spray drying, and the corrosiveness of the fluorinated solid oxide to spray drying and other equipment is also significantly reduced.
Otro beneficio potencial de los procesos descritos, si bien no es un requisito, es que la base inorgánica también se puede seleccionar para aumentar la actividad catalítica general del óxido sólido fluorado, tal como, mediante la adición de zinc u otro metal adecuado. Another potential benefit of the processes described, although not a requirement, is that the inorganic base can also be selected to increase the overall catalytic activity of the fluorinated solid oxide, such as by the addition of zinc or other suitable metal.
Óxidos sólidos fluorados Solid fluorinated oxides
En el presente documento se describen y divulgan diversos procesos para producir un óxido sólido fluorado. Un primer proceso para producir el óxido sólido fluorado puede comprender (o consistir esencialmente en, o consistir en) (a) poner en contacto un compuesto ácido que contiene flúor y una base inorgánica para producir una mezcla acuosa que tiene un pH de al menos aproximadamente 4, y (b) poner en contacto un óxido sólido con la mezcla acuosa para producir el óxido sólido fluorado. Un segundo proceso para producir un óxido sólido fluorado puede comprender (o consistir esencialmente en, o consistir en) (A) poner en contacto un compuesto ácido que contiene flúor con un óxido sólido para producir una mezcla; y (B) poner en contacto la mezcla con una base inorgánica para producir el óxido sólido fluorado a un pH de al menos aproximadamente 4. Various processes for producing a fluorinated solid oxide are described and disclosed herein. A first process for producing the fluorinated solid oxide may comprise (or consist essentially of, or consist of) (a) contacting a fluorine-containing acidic compound and an inorganic base to produce an aqueous mixture having a pH of at least about 4, and (b) contacting a solid oxide with the aqueous mixture to produce the fluorinated solid oxide. A second process for producing a fluorinated solid oxide may comprise (or consist essentially of, or consist of) (A) contacting a fluorine-containing acidic compound with a solid oxide to produce a mixture; and (B) contacting the mixture with an inorganic base to produce the fluorinated solid oxide at a pH of at least about 4.
En general, las características de cualquiera de los procesos divulgados en el presente documento (por ejemplo. el compuesto ácido que contiene flúor, la base inorgánica, el pH, el óxido sólido y las condiciones bajo las que se llevan a cabo las etapas, entre otros) se describen de forma independiente en el presente documento, y estas características se pueden combinar en cualquier combinación para describir aún más los procesos divulgados. Además, se pueden llevar a cabo otras etapas del proceso antes, durante, y/o después de cualquiera de las etapas enumeradas en los procesos divulgados, a menos que se indique de otra forma. Además, los óxidos sólidos fluorados (también denominados óxidos sólidos tratados químicamente o soporte de activadores) producidos según los procesos divulgados, están dentro del alcance de esta divulgación y se abarcan en el presente documento. Generally, the characteristics of any of the processes disclosed herein (e.g., the fluorine-containing acid compound, the inorganic base, the pH, the solid oxide, and the conditions under which the steps are carried out, among others) are independently described herein, and these characteristics may be combined in any combination to further describe the disclosed processes. In addition, other process steps may be carried out before, during, and/or after any of the listed steps in the disclosed processes, unless otherwise indicated. In addition, fluorinated solid oxides (also referred to as chemically treated solid oxides or activator support) produced according to the disclosed processes are within the scope of this disclosure and are covered herein.
Haciendo referencia ahora a la etapa (a) del primer proceso, un compuesto ácido que contiene flúor y una base inorgánica se pueden poner en contacto para producir una mezcla acuosa que tiene un pH de al menos aproximadamente 4. El orden en el que se combinan los componentes en la etapa (a) para producir la mezcla acuosa no está particularmente limitado. En un aspecto, por ejemplo, el compuesto ácido que contiene flúor se puede poner en contacto primero con agua y después con la base inorgánica para producir la mezcla acuosa, mientras que en otro aspecto, la base inorgánica se puede poner en contacto primero con agua y después con el compuesto ácido que contiene flúor para producir la mezcla acuosa. Referring now to step (a) of the first process, a fluorine-containing acid compound and an inorganic base may be contacted to produce an aqueous mixture having a pH of at least about 4. The order in which the components are combined in step (a) to produce the aqueous mixture is not particularly limited. In one aspect, for example, the fluorine-containing acid compound may be contacted first with water and then with the inorganic base to produce the aqueous mixture, while in another aspect, the inorganic base may be contacted first with water and then with the fluorine-containing acid compound to produce the aqueous mixture.
Se puede usar cualquier compuesto ácido que contenga flúor adecuado en la etapa (a). Ejemplos ilustrativos y no limitantes del compuesto ácido que contiene flúor incluyen fluoruro de hidrógeno (HF), bifluoruro de amonio (NH4HF2), ácido tríflico (CF3SO3H), ácido tetrafluorobórico (HBF4), ácido hexafluorosilícico (H2SiF6), ácido hexafluorofosfórico (HPF6) y similares. Se pueden usar combinaciones de dos o más compuestos ácidos que contienen flúor para producir la mezcla acuosa. En un aspecto, el compuesto ácido que contiene flúor puede comprender (o consistir esencialmente en, o consistir en) fluoruro de hidrógeno (HF), bifluoruro de amonio (NH4HF2), ácido tríflico (CF3SO3H), ácido tetrafluorobórico (HBF4), ácido hexafluorosilícico (H2SiF6), ácido hexafluorofosfórico (HPFa), o cualquier combinación de los mismos. En otro aspecto, el compuesto ácido que contiene flúor puede comprender (o consistir esencialmente en, o consistir en) fluoruro de hidrógeno (HF); alternativamente, bifluoruro de amonio (NH4HF2); alternativamente, ácido tríflico (CF3SO3H); alternativamente, ácido tetrafluorobórico (HBF4); alternativamente, ácido hexafluorosilícico (H2SiFa); o alternativamente, ácido hexafluorofosfórico (HPFa). En otro aspecto más, el compuesto ácido que contiene flúor puede comprender ácido tetrafluorobórico (HBF4), ácido hexafluorosilícico (H2SiFa), o ambos. Any suitable fluorine-containing acid compound may be used in step (a). Illustrative and non-limiting examples of the fluorine-containing acid compound include hydrogen fluoride (HF), ammonium bifluoride (NH4HF2), triflic acid (CF3SO3H), tetrafluoroboric acid (HBF4), hexafluorosilicic acid (H2SiF6), hexafluorophosphoric acid (HPF6), and the like. Combinations of two or more fluorine-containing acid compounds may be used to produce the aqueous mixture. In one aspect, the fluorine-containing acid compound may comprise (or consist essentially of, or consist of) hydrogen fluoride (HF), ammonium bifluoride (NH4HF2), triflic acid (CF3SO3H), tetrafluoroboric acid (HBF4), hexafluorosilicic acid (H2SiF6), hexafluorophosphoric acid (HPFa), or any combination thereof. In another aspect, the fluorine-containing acid compound may comprise (or consist essentially of, or consist of) hydrogen fluoride (HF); alternatively, ammonium bifluoride (NH4HF2); alternatively, triflic acid (CF3SO3H); alternatively, tetrafluoroboric acid (HBF4); alternatively, hexafluorosilicic acid (H2SiFa); or alternatively, hexafluorophosphoric acid (HPFa). In yet another aspect, the fluorine-containing acid compound may comprise tetrafluoroboric acid (HBF4), hexafluorosilicic acid (H2SiFa), or both.
Asimismo, se pueden usar diversas bases inorgánicas, y las bases inorgánicas típicamente contienen un metal. Por ejemplo, la base inorgánica puede contener Zn, Al, Fe, Mn, Ca, Mg, o combinaciones de los mismos (una base inorgánica que contiene zinc, una base inorgánica que contiene aluminio, una base inorgánica que contiene hierro, una base inorgánica que contiene manganeso, una base inorgánica que contiene calcio, una base inorgánica que contiene magnesio, o combinaciones de las mismas). Por lo tanto, los ejemplos representativos de bases inorgánicas que se pueden usar en los procesos descritos pueden incluir, pero no se limitan a, ZnO, Zn(OH)2, ZnCO3, Al(OH)3, Al2O3, AlOOH, Fe2O3, Fe(OH)3, Fe(OH)2, MnO2, Mn(OH)2, Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3 y similares. Se pueden usar combinaciones de dos o más bases inorgánicas para producir la mezcla acuosa. De acuerdo con un aspecto de esta invención, la base inorgánica puede comprender ZnO, Zn(OH)2, y/o ZnCO3, mientras que en otro aspecto, la base inorgánica puede comprender Al(OH)3,AhO3, y/o AlOOH, y en otro aspecto, la base inorgánica puede comprender Fe2O3, Fe(OH)3, y/o Fe(OH)2, y en otro aspecto, la base inorgánica puede comprender MnO2 y/o Mn(OH)2, y en otro aspecto más, la base inorgánica puede comprender Ca(OH)2 y/o CaC O3, y en otro aspecto más, la base inorgánica puede comprender Mg(OH)2 y/o MgCO3. Likewise, various inorganic bases can be used, and the inorganic bases typically contain a metal. For example, the inorganic base may contain Zn, Al, Fe, Mn, Ca, Mg, or combinations thereof (a zinc-containing inorganic base, an aluminum-containing inorganic base, an iron-containing inorganic base, a manganese-containing inorganic base, a calcium-containing inorganic base, a magnesium-containing inorganic base, or combinations thereof). Therefore, representative examples of inorganic bases that can be used in the described processes may include, but are not limited to, ZnO, Zn(OH)2, ZnCO3, Al(OH)3, Al2O3, AlOOH, Fe2O3, Fe(OH)3, Fe(OH)2, MnO2, Mn(OH)2, Ca(OH)2, CaCO3, Mg(OH)2, MgCO3, and the like. Combinations of two or more inorganic bases may be used to produce the aqueous mixture. In accordance with one aspect of this invention, the inorganic base may comprise ZnO, Zn(OH)2, and/or ZnCO3, while in another aspect, the inorganic base may comprise Al(OH)3, AhO3, and/or AlOOH, and in another aspect, the inorganic base may comprise Fe2O3, Fe(OH)3, and/or Fe(OH)2, and in another aspect, the inorganic base may comprise MnO2 and/or Mn(OH)2, and in yet another aspect, the inorganic base may comprise Ca(OH)2 and/or CaCO3, and in yet another aspect, the inorganic base may comprise Mg(OH)2 and/or MgCO3.
El compuesto ácido que contiene flúor y la base inorgánica se pueden combinar para producir una mezcla acuosa que tiene un pH de al menos aproximadamente 4. Aunque no está limitado a esto, el pH a menudo puede ser generalmente neutro, y típicamente puede caer dentro de un intervalo de aproximadamente 4 a aproximadamente 8, tal como, de aproximadamente 4 a aproximadamente 7,5, de aproximadamente 4 a aproximadamente 6, de aproximadamente 4 a aproximadamente 5,5, de aproximadamente 4 a aproximadamente 5, de aproximadamente 4,2 a aproximadamente 7,5, de aproximadamente 4,2 a aproximadamente 6,8, de aproximadamente 4,2 a aproximadamente 5,5, de aproximadamente 4,5 a aproximadamente 7,5, de aproximadamente 4,5 a aproximadamente 6,5, de aproximadamente 5 a aproximadamente 8, de aproximadamente 5 a aproximadamente 7, o de aproximadamente 5 a aproximadamente 6. The fluorine-containing acid compound and the inorganic base can be combined to produce an aqueous mixture having a pH of at least about 4. Although not limited thereto, the pH can often be generally neutral, and can typically fall within a range of about 4 to about 8, such as, about 4 to about 7.5, about 4 to about 6, about 4 to about 5.5, about 4 to about 5, about 4.2 to about 7.5, about 4.2 to about 6.8, about 4.2 to about 5.5, about 4.5 to about 7.5, about 4.5 to about 6.5, about 5 to about 8, about 5 to about 7, or about 5 to about 6.
El número relativo de equivalentes de ácido del compuesto ácido que contiene flúor con respecto al número de equivalentes básicos de la base inorgánica que se combinan en la etapa (a) se puede seleccionar de manera que se mantenga un pH de al menos aproximadamente 4. Dependiendo del compuesto ácido que contiene flúor y de la base inorgánica particulares que se usen, entre otros factores, la razón de equivalentes de ácido:base (compuesto ácido que contiene flúor a base inorgánica) generalmente varía de aproximadamente 1,3:1 a aproximadamente 1:3. Por lo tanto, en un aspecto de esta invención, la razón de equivalentes de ácido:base puede estar en un intervalo de aproximadamente 1,2:1 a aproximadamente 1:2, y en otro aspecto, la razón puede estar en un intervalo de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:2, y en otro aspecto más, la razón puede estar en un intervalo de aproximadamente 1:1,1 a aproximadamente 1:1,8. Como ejemplo, 1 mol de Zn(OH)2 (o ZnO o ZnCO3) contiene 2 equivalentes de base, mientras que 1 mol de HF (o HBF4) contiene 1 equivalente de ácido. The relative number of acid equivalents of the fluorine-containing acid compound to the number of base equivalents of the inorganic base combined in step (a) can be selected so as to maintain a pH of at least about 4. Depending upon the particular fluorine-containing acid compound and inorganic base used, among other factors, the acid:base equivalent ratio (fluorine-containing acid compound to inorganic base) generally ranges from about 1.3:1 to about 1:3. Thus, in one aspect of this invention, the acid:base equivalent ratio can be in a range of from about 1.2:1 to about 1:2, and in another aspect, the ratio can be in a range of from about 1:1 to about 1:2, and in yet another aspect, the ratio can be in a range of from about 1:1.1 to about 1:1.8. As an example, 1 mole of Zn(OH)2 (or ZnO or ZnCO3) contains 2 equivalents of base, while 1 mole of HF (or HBF4) contains 1 equivalent of acid.
La respectiva cantidad molar de F con respecto al número de equivalentes de base de la base inorgánica en la mezcla acuosa no está particularmente limitada. Generalmente, la razón se puede encontrar en el intervalo de aproximadamente 0,5:1 a aproximadamente 8:1, de aproximadamente 0,8:1 a aproximadamente 7:1 o de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 6:1. The respective molar ratio of F to the number of base equivalents of the inorganic base in the aqueous mixture is not particularly limited. Generally, the ratio can be found in the range of about 0.5:1 to about 8:1, about 0.8:1 to about 7:1, or about 1:1 to about 6:1.
Además, dependiendo del pH y del compuesto ácido particular que contiene flúor y de la base inorgánica que se usen, entre otros factores, la mezcla acuosa puede ser una solución o la mezcla acuosa puede ser una suspensión (por ejemplo, con precipitación visible). La etapa (a) y la etapa (b) del proceso se pueden realizar en cualquier recipiente adecuado, como un tanque agitado. Furthermore, depending on the pH and the particular fluorine-containing acid compound and inorganic base used, among other factors, the aqueous mixture may be a solution, or the aqueous mixture may be a suspension (e.g., with visible precipitation). Step (a) and step (b) of the process may be carried out in any suitable vessel, such as a stirred tank.
La etapa (a) del proceso se puede llevar a cabo a una variedad de temperaturas y períodos de tiempo. Por ejemplo, el compuesto ácido que contiene flúor y la base inorgánica se pueden combinar para producir la mezcla acuosa que tiene un pH de al menos aproximadamente 4 a una temperatura en un intervalo de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 60 °C; alternativamente, de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 40 °C; alternativamente, de aproximadamente 10 °C a aproximadamente 30 °C; alternativamente, de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 45 °C; alternativamente, de aproximadamente 15 °C a aproximadamente 35 °C; alternativamente, de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 40 °C; o alternativamente, de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 30 °C. En estos y otros aspectos, estos intervalos de temperatura también pretenden abarcar circunstancias en las que la etapa (a) se lleva a cabo a una serie de temperaturas diferentes, en lugar de a una única temperatura fija, que se encuentra dentro de los intervalos respectivos, en donde al menos una temperatura está dentro de los intervalos citados. Generalmente, se usan temperaturas ambiente de forma conveniente y se evitan típicamente las temperaturas altas para impedir que se liberen compuestos de flúor gaseosos. Step (a) of the process can be carried out at a variety of temperatures and time periods. For example, the fluorine-containing acid compound and the inorganic base can be combined to produce the aqueous mixture having a pH of at least about 4 at a temperature in a range of about 10°C to about 60°C; alternatively, from about 10°C to about 40°C; alternatively, from about 10°C to about 30°C; alternatively, from about 15°C to about 45°C; alternatively, from about 15°C to about 35°C; alternatively, from about 20°C to about 40°C; or alternatively, from about 20°C to about 30°C. In these and other respects, these temperature ranges are also intended to encompass circumstances where step (a) is carried out at a number of different temperatures, rather than at a single fixed temperature, which falls within the respective ranges, where at least one temperature falls within the ranges cited. Generally, ambient temperatures are conveniently used, and high temperatures are typically avoided to prevent the release of gaseous fluorine compounds.
La duración de la etapa (a) no está limitada a ningún período de tiempo particular, siempre que el compuesto ácido que contiene flúor y la base inorgánica se hayan mezclado lo suficiente para dar como resultado que la mezcla acuosa tenga un pH de al menos aproximadamente 4. Generalmente, sin embargo, la etapa (a) se puede llevar a cabo en un período de tiempo que puede estar en un intervalo de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 8 horas, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 2 horas, de aproximadamente 1 minuto a aproximadamente 30 minutos, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 4 horas, de aproximadamente 5 minutos a aproximadamente 15 horas, y similares. The duration of step (a) is not limited to any particular period of time, so long as the fluorine-containing acid compound and the inorganic base have been mixed sufficiently to result in the aqueous mixture having a pH of at least about 4. Generally, however, step (a) may be carried out in a period of time that may be in a range of about 30 seconds to about 8 hours, such as, for example, about 1 minute to about 2 hours, about 1 minute to about 30 minutes, about 5 minutes to about 4 hours, about 5 minutes to about 15 hours, and the like.
En relación ahora a la etapa (b) del primer proceso, en la que la mezcla acuosa se pone en contacto con un óxido sólido para producir el óxido sólido fluorado. La etapa (b) del primer proceso se puede llevar a cabo a una variedad de temperaturas y períodos de tiempo, tales como, los que se describen en el presente documento para la etapa (a), pero sin limitarse a ellos. Los ejemplos no limitativos de óxidos sólidos fluorados adecuados se divulgan en, por ejemplo, las Patentes de EE. UU. N.° 7,294,599, 7,601,665, 7,884,163, 8,309,485, 8,623,973, 8,703,886 y 9023959. Turning now to step (b) of the first process, the aqueous mixture is contacted with a solid oxide to produce the fluorinated solid oxide. Step (b) of the first process can be carried out at a variety of temperatures and time periods, such as, but not limited to, those described herein for step (a). Non-limiting examples of suitable fluorinated solid oxides are disclosed in, for example, U.S. Patent Nos. 7,294,599, 7,601,665, 7,884,163, 8,309,485, 8,623,973, 8,703,886, and 9023959.
El óxido sólido fluorado puede contener cualquier óxido sólido adecuado, tal como, un óxido sólido que contenga un ion metálico ácido de Lewis. El óxido sólido puede abarcar materiales de óxidos, tales como, alúmina, "óxidos mixtos" de los mismos, tales como, sílice-alúmina, recubrimientos de un óxido sobre otro, y combinaciones y mezclas de los mismos. Los óxidos mixtos tales como sílice-alúmina pueden ser fases químicas simples o múltiples con más de un metal combinado con oxígeno para formar el óxido sólido. Los ejemplos de óxidos mixtos que se pueden usar para formar un soporte del activador, individualmente o en combinación, pueden incluir, pero no se limitan a, sílice-alúmina, sílice-titania, sílice-zirconia, alúmina-titania, alúmina-zirconia, zinc-aluminato, alúminaboria, sílice-boria, aluminofosfato-sílice, titania-zirconia, y similares. El óxido sólido usado en el presente documento también abarca materiales de óxidos, tales como alúmina recubierta de sílice, como se describe en la Patente de EE. UU. N.° 7,884,163 (por ejemplo, Sasol Siral® 28, Sasol Siral® 40, etc.). The fluorinated solid oxide may contain any suitable solid oxide, such as a solid oxide containing a Lewis acid metal ion. The solid oxide may encompass oxide materials, such as alumina, "mixed oxides" thereof, such as silica-alumina, coatings of one oxide on another, and combinations and mixtures thereof. Mixed oxides such as silica-alumina may be single or multiple chemical phases with more than one metal combining with oxygen to form the solid oxide. Examples of mixed oxides that may be used to form an activator support, individually or in combination, may include, but are not limited to, silica-alumina, silica-titania, silica-zirconia, alumina-titania, alumina-zirconia, zinc-aluminate, aluminaboria, silica-boria, aluminophosphate-silica, titania-zirconia, and the like. The solid oxide used herein also encompasses oxide materials, such as silica-coated alumina, as described in U.S. Patent No. 7,884,163 (e.g., Sasol Siral® 28, Sasol Siral® 40, etc.).
En un aspecto, el óxido sólido puede comprender alúmina, sílice-alúmina, alúmina recubierta de sílice, fosfato de aluminio, aluminofosfato, heteropolitungstato, titania, zirconia, magnesia, boria, óxido de zinc, cualquier óxido mixto de los mismos, o cualquier combinación de los mismos. En otro aspecto, el óxido sólido puede comprender alúmina, sílice-alúmina, alúmina recubierta de sílice, fosfato de aluminio, aluminofosfato, heteropolitungstato, titania, circonia, sílice-circonia, magnesia o boria, así como cualquier óxido mixto de estos, o cualquier mezcla de estos. En otro aspecto, el óxido sólido puede comprender alúmina, titania, circonia, magnesia, boria, cualquier óxido mixto de estos, o cualquier mezcla de esto, mientras que en otro aspecto, el óxido sólido puede comprender sílice-alúmina, alúmina recubierta de sílice, sílice-titania, sílice-circonia, alúmina-boria o cualquier combinación de los mismos. En otro aspecto más, el óxido sólido puede comprender alúmina, titania, circonia, magnesia, boria, sílice-alúmina, alúmina recubierta de sílice, sílice-titania, sílice-circonia, alúmina-boria, y similares o cualquier combinación de estos. En otro aspecto más, el óxido sólido puede comprender alúmina, sílice-alúmina, alúmina recubierta de sílice, o cualquier mezcla de estos; alternativamente, alúmina; alternativamente, sílice-alúmina; o alternativamente, alúmina recubierta de sílice. In one aspect, the solid oxide may comprise alumina, silica-alumina, silica-coated alumina, aluminum phosphate, aluminophosphate, heteropolytungstate, titania, zirconia, magnesia, boria, zinc oxide, any mixed oxides thereof, or any combination thereof. In another aspect, the solid oxide may comprise alumina, silica-alumina, silica-coated alumina, aluminum phosphate, aluminophosphate, heteropolytungstate, titania, zirconia, silica-zirconia, magnesia, or boria, as well as any mixed oxides thereof, or any mixture thereof. In another aspect, the solid oxide may comprise alumina, titania, zirconia, magnesia, boria, any mixed oxides thereof, or any mixture thereof, while in another aspect, the solid oxide may comprise silica-alumina, silica-coated alumina, silica-titania, silica-zirconia, alumina-boria, or any combination thereof. In yet another aspect, the solid oxide may comprise alumina, titania, zirconia, magnesia, boria, silica-alumina, silica-coated alumina, silica-titania, silica-zirconia, alumina-boria, and the like, or any combination thereof. In yet another aspect, the solid oxide may comprise alumina, silica-alumina, silica-coated alumina, or any mixture thereof; alternatively, alumina; alternatively, silica-alumina; or alternatively, silica-coated alumina.
Los materiales de óxido sólido de sílice-alúmina o de alúmina recubierta de sílice que se pueden usar pueden tener un contenido de sílice de aproximadamente 5 a aproximadamente 95 % en peso. En un aspecto, el contenido de sílice de estos óxidos sólidos puede ser de aproximadamente 10 a aproximadamente el 80 %, o de aproximadamente 20 % a aproximadamente 70 %, de sílice en peso. En otro aspecto, dichos materiales pueden tener contenidos de sílice que varían de aproximadamente 15 % a aproximadamente 60 %, de aproximadamente 25 % a aproximadamente 50 % en peso, o de aproximadamente 25 % en peso a aproximadamente 45 %, de sílice en peso. Los óxidos sólidos contemplados en el presente documento pueden tener cualquier superficie, volumen de poro y tamaño de partícula adecuados, como reconocerían los expertos en la materia. The silica-alumina or silica-coated alumina solid oxide materials that may be used may have a silica content of about 5 to about 95% by weight. In one aspect, the silica content of these solid oxides may be from about 10 to about 80%, or from about 20% to about 70%, of silica by weight. In another aspect, such materials may have silica contents ranging from about 15% to about 60%, from about 25% to about 50% by weight, or from about 25% by weight to about 45%, of silica by weight. The solid oxides contemplated herein may have any suitable surface area, pore volume, and particle size, as would be recognized by those skilled in the art.
En un aspecto, el óxido sólido fluorado puede comprender (o consistir esencialmente en, o consistir en) alúmina fluorada, titania fluorada, zirconia fluorada, magnesia fluorada, boria fluorada, sílice-alúmina fluorada, alúmina recubierta de sílice fluorada, sílice-titania fluorada, sílice-circonia fluorada, alúmina-boria fluorada y similares, así como cualquier mezcla o combinación de los mismos. En otro aspecto, el óxido sólido fluorado puede comprender alúmina fluorada, sílice-alúmina fluorada, sílice-circonia fluorada, sílice-titania fluorada, alúmina recubierta de sílice fluorada y similares, así como cualquier mezcla o combinación de los mismos. En otro aspecto más, el óxido sólido fluorado puede comprender alúmina fluorada; alternativamente, titania fluorada; alternativamente, circonia fluorada; alternativamente magnesia fluorada; alternativamente boria fluorada; alternativamente sílice-alúmina fluorada; alternativamente alúmina recubierta con sílice fluorada; alternativamente, sílice-titania fluorada; alternativamente sílice-circonia fluorada; o alternativamente alúmina-boria fluorada. In one aspect, the fluorinated solid oxide may comprise (or consist essentially of, or consist of) fluorinated alumina, fluorinated titania, fluorinated zirconia, fluorinated magnesia, fluorinated boria, fluorinated silica-alumina, fluorinated silica-coated alumina, fluorinated silica-titania, fluorinated silica-zirconia, fluorinated alumina-boria, and the like, as well as any mixture or combination thereof. In another aspect, the fluorinated solid oxide may comprise fluorinated alumina, fluorinated silica-alumina, fluorinated silica-zirconia, fluorinated silica-titania, fluorinated silica-coated alumina, and the like, as well as any mixture or combination thereof. In yet another aspect, the fluorinated solid oxide may comprise fluorinated alumina; alternatively, fluorinated titania; alternatively, fluorinated zirconia; alternatively fluorinated magnesia; alternatively fluorinated boria; alternatively fluorinated silica-alumina; alternatively fluorinated silica-coated alumina; alternatively fluorinated silica-titania; alternatively fluorinated silica-zirconia; or alternatively fluorinated alumina-boria.
Si bien no se limita a esto, el óxido sólido fluorado generalmente puede contener de aproximadamente el 0,5 a aproximadamente el 15 % en peso de F, basado en el peso del óxido sólido fluorado (en base seca, excluyendo el agua). En aspectos particulares proporcionados en el presente documento, el óxido sólido fluorado puede contener de aproximadamente el 1 a aproximadamente 12 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 8 % en peso, de aproximadamente 2 a aproximadamente 15 % en peso, de aproximadamente 2 a aproximadamente 9 % en peso, de aproximadamente 2 a aproximadamente 7 % en peso, de aproximadamente 3 a aproximadamente 12 % en peso o de aproximadamente 3 a aproximadamente 7 % en peso, en base al peso total del óxido sólido fluorado. While not limited thereto, the fluorinated solid oxide may generally contain from about 0.5 to about 15% by weight of F, based on the weight of the fluorinated solid oxide (on a dry basis, excluding water). In particular aspects provided herein, the fluorinated solid oxide may contain from about 1 to about 12% by weight, from about 1 to about 8% by weight, from about 2 to about 15% by weight, from about 2 to about 9% by weight, from about 2 to about 7% by weight, from about 3 to about 12% by weight, or from about 3 to about 7% by weight, based on the total weight of the fluorinated solid oxide.
Si el compuesto que contiene flúor incluye boro, tal como HBF4, entonces el óxido sólido fluorado a menudo puede contener de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 1,2 % en peso de B, y en algunos aspectos, de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 1 % en peso de B, o de aproximadamente 0,4 a aproximadamente 0,9 % en peso de B, en base al peso total del óxido sólido fluorado (sobre una base seca, excluyendo el agua). If the fluorine-containing compound includes boron, such as HBF4, then the fluorinated solid oxide may often contain from about 0.2 to about 1.2% by weight B, and in some aspects, from about 0.3 to about 1% by weight B, or from about 0.4 to about 0.9% by weight B, based on the total weight of the fluorinated solid oxide (on a dry basis, excluding water).
Asimismo, aunque no se limita a esto, el óxido sólido fluorado también puede contener de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 15 % en peso del metal de la base inorgánica (por ejemplo, Zn, Fe, Mn, Ca y Mg, ya sea individualmente o en cualquier combinación), en base al peso del óxido sólido fluorado (en base seca, excluyendo el agua). Por ejemplo, como resultado de usar ZnO como la base inorgánica, el óxido sólido fluorado puede contener de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 15 % en peso de Zn. Del mismo modo, si Mg(OH)2 es la base inorgánica, el óxido sólido fluorado puede contener de aproximadamente el 0,5 a aproximadamente 15 % en peso de Mg. Si se desea, se puede usar una mezcla de bases inorgánicas, tal como, una mezcla de ZnO y MgCO3; en tales casos, el óxido sólido fluorado contiene un contenido total de Zn y Mg que se encuentra dentro de un intervalo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 15 % en peso. En aspectos particulares proporcionados en el presente documento, el óxido sólido fluorado puede contener de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 12 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 8 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 3,5 % en peso, de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 8 % en peso, o de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 5 % en peso, del metal de la base inorgánica, en base al peso total del óxido sólido fluorado. Likewise, but not limited thereto, the fluorinated solid oxide may also contain from about 0.5% to about 15% by weight of the inorganic base metal (e.g., Zn, Fe, Mn, Ca, and Mg, either individually or in any combination), based on the weight of the fluorinated solid oxide (on a dry basis, excluding water). For example, as a result of using ZnO as the inorganic base, the fluorinated solid oxide may contain from about 0.5 to about 15% by weight of Zn. Likewise, if Mg(OH)2 is the inorganic base, the fluorinated solid oxide may contain from about 0.5 to about 15% by weight of Mg. If desired, a mixture of inorganic bases may be used, such as, a mixture of ZnO and MgCO3; In such cases, the fluorinated solid oxide contains a total Zn and Mg content that is within a range of from about 0.5 to about 15% by weight. In particular aspects provided herein, the fluorinated solid oxide may contain from about 0.5 to about 5% by weight, from about 1 to about 12% by weight, from about 1 to about 10% by weight, from about 1 to about 8% by weight, from about 1 to about 5% by weight, from about 1 to about 3.5% by weight, from about 1.5 to about 8% by weight, or from about 1.5 to about 5% by weight, of the inorganic base metal, based on the total weight of the fluorinated solid oxide.
Estas cantidades respectivas de flúor, boro (si está presente) y metal (por ejemplo, Zn, Fe, Mn, Ca y Mg, ya sea individualmente o en cualquier combinación) en el óxido sólido fluorado pueden estar presentes después del secado y antes de calcinar el óxido sólido fluorado, así como después de calcinar el óxido sólido fluorado. These respective amounts of fluorine, boron (if present) and metal (e.g., Zn, Fe, Mn, Ca and Mg, either individually or in any combination) in the fluorinated solid oxide may be present after drying and before calcining the fluorinated solid oxide, as well as after calcining the fluorinated solid oxide.
Antes de la calcinación, el óxido sólido fluorado también puede caracterizarse por la presencia de un producto de reacción del compuesto ácido que contiene flúor y la base inorgánica. En un aspecto, por ejemplo, cuando el compuesto ácido que contiene flúor es ácido tetrafluorobórico (HBF4) y la base inorgánica es una base que contiene zinc tal como ZnO, entonces el óxido sólido fluorado puede comprender un óxido sólido y de aproximadamente 1 a aproximadamente 18 % en peso (o de aproximadamente 3 a aproximadamente 13 % en peso, o de aproximadamente 4 a aproximadamente 10 % en peso, o de aproximadamente 5 a aproximadamente 9 % en peso) de Zn(BF4)2. En otro aspecto, cuando el compuesto ácido que contiene flúor es ácido hexafluorosilícico (H2SiF6) y la base inorgánica es una base que contiene zinc, tal como, ZnO, entonces el óxido sólido fluorado puede comprender un óxido sólido y de aproximadamente 1 a aproximadamente 18 % en peso (o de aproximadamente 3 a aproximadamente 13 % en peso, o de aproximadamente 4 a aproximadamente 10 % en peso, o de aproximadamente 5 a aproximadamente 9 % en peso) de ZnSiF6. Prior to calcination, the fluorinated solid oxide may also be characterized by the presence of a reaction product of the fluorine-containing acid compound and the inorganic base. In one aspect, for example, when the fluorine-containing acid compound is tetrafluoroboric acid (HBF4) and the inorganic base is a zinc-containing base such as ZnO, then the fluorinated solid oxide may comprise a solid oxide and from about 1 to about 18% by weight (or from about 3 to about 13% by weight, or from about 4 to about 10% by weight, or from about 5 to about 9% by weight) of Zn(BF4). In another aspect, when the fluorine-containing acid compound is hexafluorosilicic acid (H2SiF6) and the inorganic base is a zinc-containing base, such as, ZnO, then the fluorinated solid oxide may comprise a solid oxide and from about 1 to about 18% by weight (or from about 3 to about 13% by weight, or from about 4 to about 10% by weight, or from about 5 to about 9% by weight) of ZnSiF6.
El óxido sólido fluorado puede tener cualquier volumen total de poro, área de superficie BET y tamaño de partícula adecuados. Como ejemplo no limitativo, el óxido sólido fluorado puede tener un volumen de poro total en un intervalo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2,5 mL/g en un aspecto, de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2 mL/g en otro aspecto, y de aproximadamente 0,7 a aproximadamente 1,5 mL/g en otro aspecto más. El área superficial BET del óxido sólido fluorado no está particularmente limitada y puede variar de aproximadamente 150 a aproximadamente 700 m2/g en un aspecto, de aproximadamente 200 a aproximadamente 700 m2/g en otro aspecto y de aproximadamente 250 a aproximadamente 500 m2/g en otro aspecto más. De manera similar, el tamaño de partícula promedio (d50) del óxido sólido fluorado no está particularmente limitado y puede variar de aproximadamente 10 a aproximadamente 500 micrones en un aspecto, de aproximadamente 25 a aproximadamente 200 micrones en otro aspecto y de aproximadamente 20 a aproximadamente 100 micrones en otro aspecto más. The fluorinated solid oxide may have any suitable total pore volume, BET surface area, and particle size. As a non-limiting example, the fluorinated solid oxide may have a total pore volume in a range of about 0.5 to about 2.5 mL/g in one aspect, about 0.5 to about 2 mL/g in another aspect, and about 0.7 to about 1.5 mL/g in yet another aspect. The BET surface area of the fluorinated solid oxide is not particularly limited and may range from about 150 to about 700 m/g in one aspect, from about 200 to about 700 m/g in another aspect, and from about 250 to about 500 m/g in yet another aspect. Similarly, the average particle size (d50) of the fluorinated solid oxide is not particularly limited and may vary from about 10 to about 500 microns in one aspect, from about 25 to about 200 microns in another aspect, and from about 20 to about 100 microns in yet another aspect.
Opcionalmente, se pueden impregnar un metal o metales adicionales sobre el óxido sólido fluorado. Si bien no está limitado a esto, esto se puede lograr poniendo en contacto un compuesto que contiene metal con el compuesto ácido que contiene flúor y la base inorgánica. El compuesto que contiene metal puede incluir el metal y un grupo orgánico (por ejemplo, acetato) o el compuesto que contiene metal puede ser inorgánico (por ejemplo, nitrato). Los ejemplos pueden incluir, pero sin limitarse a ellos, zinc, níquel, cobalto, vanadio, titanio, plata, cobre, galio, estaño, tungsteno, molibdeno, circonio y similares, o combinaciones de los mismos. El metal en la base inorgánica y el metal en el compuesto que contiene metal pueden ser el mismo (por ejemplo, zinc) o diferentes (por ejemplo, zinc y cobalto). En un aspecto, el compuesto que contiene metal puede comprender un compuesto de organozinc, tal como, acetato de zinc y/o formato de zinc. Optionally, an additional metal or metals can be impregnated onto the fluorinated solid oxide. While not limited to this, this can be achieved by contacting a metal-containing compound with the fluorine-containing acidic compound and the inorganic base. The metal-containing compound can include the metal and an organic group (e.g., acetate), or the metal-containing compound can be inorganic (e.g., nitrate). Examples can include, but are not limited to, zinc, nickel, cobalt, vanadium, titanium, silver, copper, gallium, tin, tungsten, molybdenum, zirconium, and the like, or combinations thereof. The metal in the inorganic base and the metal in the metal-containing compound can be the same (e.g., zinc) or different (e.g., zinc and cobalt). In one aspect, the metal-containing compound can comprise an organozinc compound, such as zinc acetate and/or zinc formate.
Cuando se impregna un metal adicional, el óxido sólido fluorado puede contener cualquier cantidad adecuada del metal del compuesto que contiene metal, que a menudo varía de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10 % en peso del metal del compuesto que contiene metal, en base al peso del óxido sólido fluorado (en base seca, excluyendo el agua). En aspectos particulares proporcionados en el presente documento, el óxido sólido fluorado puede contener de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 12 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 8 % en peso, de aproximadamente 1 a aproximadamente 4 % en peso, de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 8 % en peso o de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 5 % en peso, del metal del compuesto que contiene metal, en base al peso total del óxido sólido fluorado. When an additional metal is impregnated, the fluorinated solid oxide may contain any suitable amount of the metal of the metal-containing compound, often ranging from about 0.5 to about 10% by weight of the metal of the metal-containing compound, based on the weight of the fluorinated solid oxide (on a dry basis, excluding water). In particular aspects provided herein, the fluorinated solid oxide may contain from about 0.5 to about 5% by weight, from about 1 to about 12% by weight, from about 1 to about 10% by weight, from about 1 to about 8% by weight, from about 1 to about 4% by weight, from about 1.5 to about 8% by weight, or from about 1.5 to about 5% by weight, of the metal of the metal-containing compound, based on the total weight of the fluorinated solid oxide.
Haciendo referencia ahora al segundo proceso para producir un óxido sólido fluorado, que puede comprender (A) poner en contacto un compuesto ácido que contiene flúor con un óxido sólido para producir una mezcla, y (B) poner en contacto la mezcla con una base inorgánica para producir el óxido sólido fluorado a un pH de al menos aproximadamente 4. En el segundo proceso, las selecciones para el compuesto ácido que contiene flúor, el óxido sólido, la base inorgánica y el óxido sólido fluorado son las mismas que las descritas en este documento para el primer proceso. Del mismo modo, las condiciones de pH, los equivalentes ácido-base, las relaciones molares de F a equivalentes de base y otras características descritas en el presente documento para el primer proceso también son aplicables al segundo proceso. Adicionalmente, la etapa (A) y la etapa (B) del segundo proceso se pueden llevar a cabo a una variedad de temperaturas y períodos de tiempo, tales como, los que se describen en el presente documento para la etapa (a) del primer proceso, pero sin limitarse a ellos. Referring now to the second process for producing a fluorinated solid oxide, which may comprise (A) contacting a fluorine-containing acidic compound with a solid oxide to produce a mixture, and (B) contacting the mixture with an inorganic base to produce the fluorinated solid oxide at a pH of at least about 4. In the second process, the selections for the fluorine-containing acidic compound, the solid oxide, the inorganic base, and the fluorinated solid oxide are the same as those described herein for the first process. Likewise, the pH conditions, acid-base equivalents, molar ratios of F to base equivalents, and other features described herein for the first process are also applicable to the second process. Additionally, step (A) and step (B) of the second process may be carried out at a variety of temperatures and time periods, such as, but not limited to, those described herein for step (a) of the first process.
El primer proceso y el segundo proceso pueden comprender además una etapa de secado del óxido sólido fluorado, y se puede usar cualquier técnica adecuada o cualquier técnica divulgada en este documento. Por ejemplo, el exceso de líquido se puede eliminar del óxido sólido fluorado (por ejemplo, drenándolo, filtrándolo, etc.) y el óxido sólido fluorado húmedo se puede someter a una amplia gama de tiempos de secado, temperaturas de secado y presiones de secado. Por ejemplo, el tiempo de secado puede variar de aproximadamente 15 minutos a aproximadamente 48 horas, de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 24 horas, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 12 horas, y la temperatura de secado puede variar de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 300 °C, de aproximadamente 95 °C a aproximadamente 300 °C, o de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 275 °C. La presión de secado puede ser igual o cercana a la presión atmosférica, pero en muchos casos, la etapa de secado se puede realizar en condiciones de vacío a cualquier presión subatmosférica adecuada, tal como, menos de 100 torr (13,3 kPa), menos de 50 (6,67 kPa) torr o menos de 10 torr (1,33 kPa). The first process and the second process may further comprise a step of drying the fluorinated solid oxide, and any suitable technique or any technique disclosed herein may be used. For example, excess liquid may be removed from the fluorinated solid oxide (e.g., by draining, filtering, etc.) and the wet fluorinated solid oxide may be subjected to a wide range of drying times, drying temperatures, and drying pressures. For example, the drying time may range from about 15 minutes to about 48 hours, from about 30 minutes to about 24 hours, or from about 1 to about 12 hours, and the drying temperature may range from about 50°C to about 300°C, from about 95°C to about 300°C, or from about 100°C to about 275°C. The drying pressure may be at or near atmospheric pressure, but in many cases, the drying step may be performed under vacuum conditions at any suitable subatmospheric pressure, such as, less than 100 torr (13.3 kPa), less than 50 (6.67 kPa) torr, or less than 10 torr (1.33 kPa).
Se pueden usar varios tipos de dispositivos de secado para la etapa de secado, tales como secadores de bandejas, secadores rotatorios, secadores de lecho fluidizado y secadores por pulverización, aunque no se limitan a estos. Asimismo, el flujo del medio de secado (flujo de gas) en relación con el óxido sólido fluorado no está particularmente limitado y abarca el flujo concurrente, el flujo a contracorriente y el flujo continuo (por ejemplo, tal como, en un lecho fluidizado). Various types of drying devices can be used for the drying step, such as, but not limited to, tray dryers, rotary dryers, fluidized-bed dryers, and spray dryers. Likewise, the flow of the drying medium (gas flow) relative to the fluorinated solid oxide is not particularly limited and includes concurrent flow, countercurrent flow, and continuous flow (e.g., as in a fluidized bed).
En algunos aspectos de esta invención, la etapa de secado puede comprender el secado por pulverización del óxido sólido fluorado. Generalmente, el secado por pulverización se puede usar para transformar el óxido sólido fluorado húmedo (por ejemplo, una suspensión del óxido sólido fluorado en agua) en una forma particulada o en polvo seco pulverizando una corriente de alimentación que contiene el óxido sólido fluorado húmedo en un dispositivo que contiene un gas de secado caliente (generalmente aire), en el que el agua residual se evapora del óxido sólido fluorado. In some aspects of this invention, the drying step may comprise spray drying the solid fluorinated oxide. Generally, spray drying may be used to transform the wet solid fluorinated oxide (e.g., a slurry of the solid fluorinated oxide in water) into a dry particulate or powder form by spraying a feed stream containing the wet solid fluorinated oxide into a device containing a heated drying gas (generally air), wherein residual water evaporates from the solid fluorinated oxide.
En el proceso de secado por pulverización, la corriente de alimentación se puede pulverizar en una cámara de secado en forma de gotas y entrar en contacto con un gran volumen de gas caliente, que entra en contacto directamente con el óxido sólido húmedo. Las temperaturas típicas de entrada de gas varían de 95 °C a aproximadamente 800 °C, o de aproximadamente 100 °C a aproximadamente 500 °C, pero no están limitadas a estas. El flujo del gas en relación con el flujo del sólido en el secador por pulverización puede ser flujo concurrente, flujo contracorriente o flujo mixto. Después del secado, la corriente de gas y el óxido sólido fluorado seco se separan. Si es necesario, las partículas finas se pueden eliminar en colectores de filtros o ciclones. El óxido sólido fluorado seco puede tener la forma de partículas sólidas que fluyen libremente. In the spray drying process, the feed stream may be sprayed into a drying chamber in the form of droplets and come into contact with a large volume of hot gas, which directly contacts the wet solid oxide. Typical inlet gas temperatures range from 95°C to about 800°C, or from about 100°C to about 500°C, but are not limited to these. The gas flow relative to the solid flow in the spray dryer may be cocurrent flow, countercurrent flow, or mixed flow. After drying, the gas stream and the dried fluorinated solid oxide are separated. If necessary, fine particles may be removed in filter collectors or cyclones. The dried fluorinated solid oxide may be in the form of free-flowing solid particles.
La alimentación inicial al secador por pulverización se puede someter a un proceso de atomización, que puede emplear, por ejemplo, una boquilla de alta presión, una boquilla de dos fluidos o un disco centrífugo de alta velocidad. Las boquillas de alta presión producen la atomización al forzar la suspensión de soporte sólido bajo alta presión a través de un pequeño orificio de boquilla, cuyo tamaño puede depender de la presión deseada y del tamaño de partícula de los sólidos en la suspensión, entre otros factores. Durante el funcionamiento a largo plazo se puede producir desgaste en el orificio de la boquilla y obstrucciones; por lo tanto, un mantenimiento regular puede ser beneficioso para garantizar una atomización adecuada. Las boquillas de dos fluidos tienen la ventaja de una presión de operación relativamente baja y a menudo se pueden usar cuando la corriente de alimentación es una suspensión espesa o con alto contenido de sólidos, lo que no funciona bien en sistemas de boquillas de alta presión. El fluido atomizador puede ser vapor o aire. The initial feed to the spray dryer can undergo an atomization process, which may employ, for example, a high-pressure nozzle, a two-fluid nozzle, or a high-speed centrifugal disc. High-pressure nozzles produce atomization by forcing the solid-support slurry under high pressure through a small nozzle orifice, the size of which can depend on the desired pressure and the particle size of the solids in the slurry, among other factors. During long-term operation, nozzle orifice wear and clogging can occur; therefore, regular maintenance can be beneficial to ensure adequate atomization. Two-fluid nozzles have the advantage of a relatively low operating pressure and can often be used when the feed stream is a thick or high-solids slurry, which does not perform well in high-pressure nozzle systems. The atomizing fluid can be steam or air.
Los discos centrífugos de alta velocidad atomizan la suspensión de óxido sólido fluorado poniéndola en contacto con un disco que gira rápidamente. Se puede variar el diámetro del disco y la velocidad del disco (por ejemplo, 3000 rpm y más) para producir un tamaño de gota adecuado para el secado. La ventaja es que la atomización de disco no está sujeta a desgaste ni obstrucciones como en los sistemas de boquillas. La rotación del disco puede ser impulsada por cualquier motor o técnica adecuados. High-speed centrifugal discs atomize the fluorinated solid oxide suspension by bringing it into contact with a rapidly rotating disc. Disc diameter and speed (e.g., 3000 rpm and higher) can be varied to produce a droplet size suitable for drying. The advantage is that disc atomization is not subject to wear or clogging as with nozzle systems. Disc rotation can be driven by any suitable motor or technique.
Independientemente del proceso de atomización, el proceso de secado por pulverización se puede configurar para mantener la naturaleza esférica del óxido sólido fluorado. El tamaño de partícula promedio del material sólido se puede mantener en muchos casos y, generalmente, el tamaño de partícula promedio depende del proceso de atomización, el contenido de sólidos de la corriente de alimentación de óxido sólido, la viscosidad de la corriente de alimentación y la velocidad de alimentación, entre otros factores. Asimismo, la densidad en volumen del óxido sólido fluorado seco se puede controlar en función de las condiciones de funcionamiento del secador por pulverización, tal como, el tamaño de las gotas, la temperatura del gas de entrada y la turbulencia del aire, entre otros factores. Regardless of the atomization process, the spray drying process can be configured to maintain the spherical nature of the fluorinated solid oxide. The average particle size of the solid material can be maintained in many cases, and generally, the average particle size depends on the atomization process, the solids content of the solid oxide feed stream, the feed stream viscosity, and the feed rate, among other factors. Likewise, the bulk density of the dried fluorinated solid oxide can be controlled based on the spray dryer operating conditions, such as droplet size, inlet gas temperature, and air turbulence, among other factors.
La mezcla de la corriente de gas (por ejemplo, aire) y la gota en la cámara de secado se puede lograr, por ejemplo, usando un flujo simultáneo de gas y sólidos (por ejemplo, secadores por pulverización horizontales o verticales), o un flujo a contracorriente de gas y sólidos. En el último caso, el flujo de aire ascendente puede llevar las partículas finas a la parte superior de la cámara para facilitar su eliminación. Los secadores por pulverización de flujo mixto combinan el secado a contracorriente y concurrente, con patrones de flujo complejos y alta turbulencia para una transferencia eficiente de calor y masa. Mixing of the gas stream (e.g., air) and the droplet in the drying chamber can be achieved, for example, by using a simultaneous flow of gas and solids (e.g., horizontal or vertical spray dryers), or by using a countercurrent flow of gas and solids. In the latter case, the upward airflow can carry fine particles to the top of the chamber for easy removal. Mixed-flow spray dryers combine countercurrent and concurrent drying, with complex flow patterns and high turbulence for efficient heat and mass transfer.
Una ventaja del secado por pulverización puede ser el corto tiempo de contacto del óxido sólido fluorado a temperaturas elevadas en la cámara de secado. De este modo, además del tamaño de partícula promedio, el proceso de secado por pulverización se puede configurar para producir óxidos sólidos fluorados secos que tengan áreas de superficie y volúmenes de poro comparables al material de partida (es decir, antes del secado por pulverización). One advantage of spray drying can be the short contact time of the fluorinated solid oxide at elevated temperatures in the drying chamber. This way, in addition to the average particle size, the spray drying process can be configured to produce dry fluorinated solid oxides with surface areas and pore volumes comparable to the starting material (i.e., before spray drying).
Opcionalmente, después del secado, el óxido sólido fluorado se puede calcinar (para producir un óxido sólido fluorado calcinado), que se puede realizar a una variedad de temperaturas y períodos de tiempo. Las temperaturas máximas de calcinación típicas suelen estar comprendidas en el intervalo de aproximadamente 400 °C a aproximadamente 1000 °C, tal como, por ejemplo de aproximadamente 400 °C a aproximadamente 900 °C, de aproximadamente 500 °C a aproximadamente 800 °C, o de aproximadamente 550 °C a aproximadamente 700 °C. En estos y otros aspectos, estos intervalos de temperatura también pretenden abarcar circunstancias en las que la etapa de calcinación se lleva a cabo a una serie de temperaturas diferentes (por ejemplo, una temperatura de calcinación inicial, una temperatura de calcinación máxima), en lugar de a una única temperatura fija, que cae dentro de los intervalos respectivos. Optionally, after drying, the fluorinated solid oxide can be calcined (to produce a calcined fluorinated solid oxide), which can be done at a variety of temperatures and time periods. Typical maximum calcination temperatures are typically in the range of about 400°C to about 1000°C, such as, for example, about 400°C to about 900°C, about 500°C to about 800°C, or about 550°C to about 700°C. In these and other aspects, these temperature ranges are also intended to encompass circumstances where the calcination step is carried out at a plurality of different temperatures (e.g., an initial calcination temperature, a maximum calcination temperature), rather than at a single fixed temperature, that fall within the respective ranges.
La duración de la etapa de calcinación no se limita a ningún período de tiempo en particular. Por tanto, la etapa de calcinación se puede realizar, por ejemplo, en un período de tiempo que varía desde tan solo 30-45 minutos hasta tanto como 36-48 horas o más. El tiempo de calcinación adecuado puede depender, por ejemplo, de la temperatura de calcinación inicial/máxima, entre otras variables. Generalmente, sin embargo, la etapa de calcinación se puede llevar a cabo en un período de tiempo que puede estar en un intervalo de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 48 horas, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 24 horas, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 12 horas, de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 12 horas, o de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 8 horas. The duration of the calcination step is not limited to any particular time period. Thus, the calcination step may be carried out, for example, in a time period ranging from as little as 30-45 minutes to as much as 36-48 hours or more. The appropriate calcination time may depend, for example, on the initial/maximum calcination temperature, among other variables. Generally, however, the calcination step may be carried out in a time period that may be in a range of about 30 minutes to about 48 hours, such as, for example, from about 1 hour to about 24 hours, from about 1 hour to about 12 hours, from about 2 hours to about 12 hours, or from about 2 hours to about 8 hours.
La etapa de calcinación se puede llevar a cabo en una corriente de gas de calcinación que comprende (o consiste esencialmente en, o consiste en) un gas inerte (por ejemplo, nitrógeno), oxígeno, aire o cualquier mezcla o combinación de los mismos. En algunos aspectos, la corriente de gas de calcinación puede comprender aire, mientras que en otros aspectos, la corriente de gas de calcinación puede comprender una mezcla de aire y nitrógeno. Sin embargo, en ciertos aspectos, la corriente de gas de calcinación puede ser un gas inerte, tal como, nitrógeno y/o argón. The calcining step may be carried out in a calcining gas stream comprising (or consisting essentially of, or consisting of) an inert gas (e.g., nitrogen), oxygen, air, or any mixture or combination thereof. In some aspects, the calcining gas stream may comprise air, while in other aspects, the calcining gas stream may comprise a mixture of air and nitrogen. However, in certain aspects, the calcining gas stream may be an inert gas, such as nitrogen and/or argon.
La etapa de calcinación se puede realizar usando cualquier técnica y equipo adecuados, ya sea de forma discontinua o continua. Por ejemplo, la etapa de calcinación se puede realizar en un calcinador de cinta o, alternativamente, en un calcinador rotatorio. En algunos aspectos, la etapa de calcinación se puede realizar en un recipiente de calcinación discontinua o continua que comprende un lecho fluidizado. Como reconocerían los expertos en la técnica, se pueden emplear otras técnicas y equipos adecuados para la etapa de calcinación, y dichas técnicas y equipos se abarcan en el presente documento. The calcination step can be performed using any suitable technique and equipment, either batchwise or continuously. For example, the calcination step can be performed in a ribbon calciner or, alternatively, in a rotary calciner. In some aspects, the calcination step can be performed in a batch or continuous calcination vessel comprising a fluidized bed. As those skilled in the art would recognize, other suitable techniques and equipment can be employed for the calcination step, and such techniques and equipment are covered herein.
Composiciones catalizadores Catalyst compositions
En algunos aspectos, la presente invención emplea composiciones catalizadores que comprenden un compuesto de metaloceno y un activador de óxido sólido fluorado. Estas composiciones catalizadores se pueden usar para producir poliolefinas - homopolímeros, copolímeros y similares - para una variedad de aplicaciones de uso final. En aspectos de la presente invención, se contempla que la composición catalizadora pueda contener más de un compuesto de metaloceno (dos o más compuestos de metaloceno). Además, también se puede usar más de un activador de óxido sólido fluorado. In some aspects, the present invention employs catalyst compositions comprising a metallocene compound and a fluorinated solid oxide activator. These catalyst compositions can be used to produce polyolefins—homopolymers, copolymers, and the like—for a variety of end-use applications. In aspects of the present invention, it is contemplated that the catalyst composition may contain more than one metallocene compound (two or more metallocene compounds). In addition, more than one fluorinated solid oxide activator may also be used.
Generalmente, las composiciones catalizadoras de la presente divulgación comprenden un compuesto de metaloceno y un óxido sólido fluorado. Opcionalmente, dichas composiciones catalizadoras pueden comprender además uno o más de un compuesto o compuestos cocatalizadores (en esta invención también se analizan cocatalizadores adecuados, tales como, compuestos de organoaluminio). Así, la composición catalizadora puede comprender un compuesto de metaloceno, un óxido sólido fluorado y un compuesto de organoaluminio. Por ejemplo, el óxido sólido fluorado puede comprender (o consistir esencialmente en, o consistir en) alúmina fluorada, sílice-alúmina fluorada, sílice-circonia fluorada, sílice-titania fluorada, alúmina revestida con sílice fluorada y similares o combinaciones de las mismas. Adicionalmente, el compuesto de organoaluminio puede comprender (o consistir esencialmente en, o consistir en) trimetilaluminio, trietilaluminio, tri-n-propilaluminio, tri-n-butilaluminio, triisobutilaluminio, tri-n-hexilaluminio, tri-n-octilaluminio, hidruro de diisobutilaluminio, etóxido de dietilaluminio, cloruro de dietilaluminio y similares, o combinaciones de los mismos. En consecuencia, una composición catalizadora conforme a aspectos de la invención puede comprender (o consistir esencialmente en, o consistir en) un compuesto de metaloceno; alúmina fluorada (o sílice-alúmina fluorada, o alúmina recubierta con sílice fluorada); y trietilaluminio (o triisobutilaluminio). Generally, the catalyst compositions of the present disclosure comprise a metallocene compound and a fluorinated solid oxide. Optionally, such catalyst compositions may further comprise one or more than one cocatalyst compound(s) (suitable cocatalysts, such as organoaluminum compounds, are also discussed herein). Thus, the catalyst composition may comprise a metallocene compound, a fluorinated solid oxide, and an organoaluminum compound. For example, the fluorinated solid oxide may comprise (or consist essentially of, or consist of) fluorinated alumina, fluorinated silica-alumina, fluorinated silica-zirconia, fluorinated silica-titania, fluorinated silica-coated alumina, and the like or combinations thereof. Additionally, the organoaluminum compound may comprise (or consist essentially of, or consist of) trimethylaluminum, triethylaluminum, tri-n-propylaluminum, tri-n-butylaluminum, triisobutylaluminum, tri-n-hexylaluminum, tri-n-octylaluminum, diisobutylaluminum hydride, diethylaluminum ethoxide, diethylaluminum chloride, and the like, or combinations thereof. Accordingly, a catalyst composition according to aspects of the invention may comprise (or consist essentially of, or consist of) a metallocene compound; fluorinated alumina (or fluorinated silica-alumina, or fluorinated silica-coated alumina); and triethylaluminum (or triisobutylaluminum).
En otro aspecto, se proporciona una composición catalizadora que comprende un compuesto de metaloceno, un óxido sólido fluorado y un compuesto de organoaluminio, donde esta composición catalizadora está sustancialmente libre de aluminoxanos, compuestos de organoboro u organoborato, compuestos iónicos ionizantes o combinaciones de los mismos; alternativamente, sustancialmente libre de aluminoxanos; alternativamente, sustancialmente libre de compuestos de organoboro o de organoborato; o alternativamente, sustancialmente libre de compuestos iónicos ionizantes. En estos aspectos, la composición catalizadora tiene actividad catalizadora, analizada más abajo, en ausencia de estos materiales adicionales. Por ejemplo, una composición catalizadora puede consistir esencialmente en un compuesto de metaloceno, un óxido sólido fluorado, y un compuesto de organoaluminio, donde no hay otros materiales presentes en la composición catalizadora que aumenten/disminuyan la actividad de la composición catalizadora en más de aproximadamente 10 % de la actividad catalizadora de la composición catalizadora en ausencia de dichos materiales. In another aspect, a catalyst composition is provided comprising a metallocene compound, a fluorinated solid oxide, and an organoaluminum compound, wherein this catalyst composition is substantially free of aluminoxanes, organoboron or organoborate compounds, ionizing ionic compounds, or combinations thereof; alternatively, substantially free of aluminoxanes; alternatively, substantially free of organoboron or organoborate compounds; or alternatively, substantially free of ionizing ionic compounds. In these aspects, the catalyst composition has catalyst activity, discussed below, in the absence of these additional materials. For example, a catalyst composition can consist essentially of a metallocene compound, a fluorinated solid oxide, and an organoaluminum compound, where there are no other materials present in the catalyst composition that increase/decrease the activity of the catalyst composition by more than about 10% of the catalyst activity of the catalyst composition in the absence of such materials.
Sin embargo, en otros aspectos se pueden emplear estos activadores/cocatalizadores. Por ejemplo, una composición catalizadora que comprende un complejo de metaloceno y un óxido sólido fluorado puede comprender además un cocatalizador. Los cocatalizadores adecuados en este aspecto pueden incluir, pero no se limitan a, compuestos de aluminoxano, compuestos de organoboro u organoborato, compuestos iónicos ionizantes, compuestos de organoaluminio, compuestos de organozinc, compuestos de organomagnesio, compuestos de organolitio y similares, o cualquier combinación de los mismos; o alternativamente, compuestos de organoaluminio, compuestos de organozinc, compuestos de organomagnesio, compuestos de organolitio, o cualquier combinación de los mismos. Puede haber más de un cocatalizador presente en la composición catalizadora. However, such activators/cocatalysts may be employed in other aspects. For example, a catalyst composition comprising a metallocene complex and a fluorinated solid oxide may further comprise a cocatalyst. Suitable cocatalysts in this aspect may include, but are not limited to, aluminoxane compounds, organoboron or organoborate compounds, ionizing ionic compounds, organoaluminum compounds, organozinc compounds, organomagnesium compounds, organolithium compounds, and the like, or any combination thereof; or alternatively, organoaluminum compounds, organozinc compounds, organomagnesium compounds, organolithium compounds, or any combination thereof. More than one cocatalyst may be present in the catalyst composition.
Se puede usar cualquier compuesto de metaloceno adecuado en la composición catalizadora. Por ejemplo, el compuesto de metaloceno de los sistemas catalizadores proporcionados en el presente documento, en algunos aspectos comprenden un metaloceno sin puente; alternativamente, un compuesto de metaloceno a base de circonio o hafnio sin puente; alternativamente un compuesto de metaloceno a base de circonio o hafnio sin puente que contiene dos grupos ciclopentadienilo, dos grupos indenilo, o un grupo ciclopentadienilo y un indenilo; alternativamente, un compuesto de metaloceno a base de circonio sin puente que contiene dos grupos ciclopentadienilo, dos grupos indenilo, o un grupo ciclopentadienilo y un indenilo. Estos grupos ciclopentadienilo y grupos indenilo, independientemente, pueden no estar sustituidos o pueden estar sustituidos con cualquier sustituyente adecuado (uno o más de uno). Los ejemplos ilustrativos y no limitantes de compuestos de metaloceno sin puente (por ejemplo, con zirconio o hafnio) que se pueden emplear en los sistemas catalizadores consecuentes con aspectos de la presente invención, se describen en las patentes de EE. UU. N.° 7,199,073, 7,226,886, 7,312,283 y 7,619,047. Any suitable metallocene compound can be used in the catalyst composition. For example, the metallocene compound of the catalyst systems provided herein, in some aspects, comprise an unbridged metallocene; alternatively, an unbridged zirconium- or hafnium-based metallocene compound; alternatively, an unbridged zirconium- or hafnium-based metallocene compound containing two cyclopentadienyl groups, two indenyl groups, or one cyclopentadienyl group and one indenyl group; alternatively, an unbridged zirconium-based metallocene compound containing two cyclopentadienyl groups, two indenyl groups, or one cyclopentadienyl group and one indenyl group. These cyclopentadienyl groups and indenyl groups, independently, may be unsubstituted or may be substituted with any suitable substituent (one or more than one). Illustrative and non-limiting examples of non-bridged metallocene compounds (e.g., with zirconium or hafnium) that can be employed in catalyst systems consistent with aspects of the present invention are described in U.S. Patent Nos. 7,199,073, 7,226,886, 7,312,283, and 7,619,047.
En otros aspectos, el compuesto de metaloceno de las composiciones catalizadoras proporcionadas en el presente documento, pueden comprender un compuesto de metaloceno con puente, por ejemplo, con titanio, circonio o hafnio, tal como, un compuesto de metaloceno a base de circonio o hafnio, con puente, con un grupo fluorenilo, o alternativamente un compuesto de metaloceno a base de circonio o hafnio, con puente, con un grupo ciclopentadienilo y un grupo fluorenilo. Estos grupos ciclopentadienilo y grupos fluorenilo, independientemente, pueden no estar sustituidos o pueden estar sustituidos con cualquier sustituyente adecuado (uno o más de uno). In other aspects, the metallocene compound of the catalyst compositions provided herein may comprise a bridged metallocene compound, for example, with titanium, zirconium, or hafnium, such as, a bridged zirconium- or hafnium-based metallocene compound with a fluorenyl group, or alternatively, a bridged zirconium- or hafnium-based metallocene compound with a cyclopentadienyl group and a fluorenyl group. These cyclopentadienyl groups and fluorenyl groups, independently, may be unsubstituted or may be substituted with any suitable substituent (one or more than one).
Por ejemplo, dichos metalocenos con puente pueden contener un sustituyente de alquenilo (por ejemplo, un alquenilo terminal) en el grupo formador del puente, en un grupo de tipo ciclopentadienilo (por ejemplo, un grupo ciclopentadienilo o un grupo fluorenilo), o en el grupo formador del puente y el grupo de tipo ciclopentadienilo. En otros aspectos, el compuesto catalizador de metaloceno puede comprender un compuesto de metaloceno a base de circonio o hafnio con puente con un grupo fluorenilo, y un grupo arilo en el grupo formador del puente; alternativamente, un compuesto de metaloceno a base de circonio o hafnio con puente con un grupo ciclopentadienilo y un grupo fluorenilo, y un grupo arilo en el grupo formador del puente; alternativamente, un compuesto de metaloceno a base de circonio con puente con un grupo fluorenilo, y un grupo arilo en el grupo formador del puente; o alternativamente, un compuesto de metaloceno a base de hafnio con puente con un grupo fluorenilo, y un grupo arilo en el grupo formador del puente. En estos y otros aspectos, el grupo arilo del grupo formador del puente puede ser un grupo fenilo. Opcionalmente, estos metalocenos con puente pueden contener un sustituyente de alquenilo (por ejemplo, un alquenilo terminal) en el grupo formador del puente, en un grupo de tipo ciclopentadienilo, o tanto en el grupo formador del puente como en el grupo ciclopentadienilo. Los ejemplos ilustrativos y no limitantes de compuestos de metaloceno con puente (por ejemplo, con zirconio o hafnio) que se pueden emplear en los sistemas de catalizador compatibles con aspectos de la presente invención se describen en las patentes de EE. UU. N.° 7,026,494, 7,041,617, 7,226,886, 7,312,283, 7,517,939 y 7,619,047. For example, such bridged metallocenes may contain an alkenyl substituent (e.g., a terminal alkenyl) on the bridging group, on a cyclopentadienyl-type group (e.g., a cyclopentadienyl group or a fluorenyl group), or on both the bridging group and the cyclopentadienyl-type group. In other aspects, the metallocene catalyst compound may comprise a bridged zirconium- or hafnium-based metallocene compound having a fluorenyl group, and an aryl group on the bridging group; alternatively, a bridged zirconium- or hafnium-based metallocene compound having a cyclopentadienyl group and a fluorenyl group, and an aryl group on the bridging group; alternatively, a bridged zirconium- or hafnium-based metallocene compound having a fluorenyl group, and an aryl group on the bridging group; or alternatively, a bridged hafnium-based metallocene compound having a fluorenyl group, and an aryl group on the bridging group. In these and other embodiments, the aryl group of the bridging group may be a phenyl group. Optionally, these bridged metallocenes may contain an alkenyl substituent (e.g., a terminal alkenyl) on the bridging group, on a cyclopentadienyl-type group, or on both the bridging group and the cyclopentadienyl group. Illustrative and non-limiting examples of bridged metallocene compounds (e.g., with zirconium or hafnium) that can be employed in catalyst systems compatible with aspects of the present invention are described in U.S. Patent Nos. 7,026,494, 7,041,617, 7,226,886, 7,312,283, 7,517,939, and 7,619,047.
La composición catalizadora se puede producir de cualquier manera, tal como, poniendo en contacto el compuesto de metaloceno, el óxido sólido fluorado y el cocatalizador (si se usa) en cualquier orden. The catalyst composition may be produced in any manner, such as by contacting the metallocene compound, the fluorinated solid oxide, and the cocatalyst (if used) in any order.
En general, la relación en peso de cocatalizador (por ejemplo, un compuesto de organoaluminio) a óxido sólido fluorado puede estar en un intervalo de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 1:1000. Si se emplean más de un compuesto cocatalizador y/o más de un óxido sólido fluorado, esta razón se basa en el peso total de cada componente respectivo. En otro aspecto, la razón en peso de cocatalizador al óxido sólido fluorado puede estar en un intervalo de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 1:500, o de aproximadamente 1:10 a aproximadamente 1:350. In general, the weight ratio of cocatalyst (e.g., an organoaluminum compound) to fluorinated solid oxide may be in a range of about 10:1 to about 1:1000. If more than one cocatalyst compound and/or more than one fluorinated solid oxide are employed, this ratio is based on the total weight of each respective component. In another aspect, the weight ratio of cocatalyst to fluorinated solid oxide may be in a range of about 3:1 to about 1:500, or about 1:10 to about 1:350.
En algunos aspectos de esta invención, la razón en peso de complejo de metaloceno al activador (óxido sólido fluorado) puede estar en un intervalo de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 1:1.000.000. Si se emplea más de un compuesto de metaloceno y/o más de óxido sólido fluorado, esta razón se basa en los pesos totales de los componentes respectivos. En otro aspecto, esta razón en peso puede estar en un intervalo de aproximadamente 1:5 a aproximadamente 1:100.000, o de aproximadamente 1:10 a aproximadamente 1:10.000. Sin embargo, en otro aspecto, la razón en peso del metaloceno al óxido sólido fluorada puede estar en un intervalo de aproximadamente 1:20 a aproximadamente 1:1.000. In some aspects of this invention, the weight ratio of metallocene complex to activator (fluorinated solid oxide) may be in a range of about 1:1 to about 1:1,000,000. If more than one metallocene compound and/or more than one fluorinated solid oxide is employed, this ratio is based on the total weights of the respective components. In another aspect, this weight ratio may be in a range of about 1:5 to about 1:100,000, or from about 1:10 to about 1:10,000. However, in another aspect, the weight ratio of the metallocene to the fluorinated solid oxide may be in a range of about 1:20 to about 1:1,000.
Las composiciones catalizadoras de la presente invención generalmente tienen una actividad catalizadora mayor que aproximadamente 1.000 gramos, mayor que aproximadamente 2.000 gramos, mayor que aproximadamente 3.000 gramos, mayor que aproximadamente 4.000 gramos, etc., de polímero de etileno (homopolímero o copolímero, según lo requiera el contexto) por gramo del óxido sólido fluorado por hora (abreviado g/g/h). En otro aspecto, la actividad catalizadora puede ser mayor que aproximadamente 6.000, mayor que aproximadamente 8.000 o mayor que aproximadamente 10.000 g/g/h y a menudo puede estar en el intervalo de hasta 13.000-18.000 g/g/h. Estas actividades se miden en condiciones de polimerización en suspensión, con un cocatalizador de triisobutilaluminio, usando isobutano como el diluyente, a una temperatura de polimerización de 95 °C y una presión de reactor de 2,76MPa (400 psig). Además, se puede usar un exceso de compuesto de metaloceno (dicloruro de 1-(metil)-1-(3-butenil)-1-(ciclopentadienil)-1-(2,7-di-terc-butilfluorenil) metano circonio), y el óxido sólido fluorado puede comprender alúmina recubierta de sílice fluorada, aunque no se limita a ello. The catalyst compositions of the present invention generally have a catalyst activity of greater than about 1,000 grams, greater than about 2,000 grams, greater than about 3,000 grams, greater than about 4,000 grams, etc., of ethylene polymer (homopolymer or copolymer, as the context requires) per gram of the solid fluorinated oxide per hour (abbreviated g/g/h). In another aspect, the catalyst activity may be greater than about 6,000, greater than about 8,000, or greater than about 10,000 g/g/h and may often be in the range of up to 13,000-18,000 g/g/h. These activities are measured under slurry polymerization conditions, with a triisobutylaluminum cocatalyst, using isobutane as the diluent, at a polymerization temperature of 95 °C and a reactor pressure of 2.76 MPa (400 psig). In addition, an excess of metallocene compound (1-(methyl)-1-(3-butenyl)-1-(cyclopentadienyl)-1-(2,7-di-tert-butylfluorenyl) methane zirconium dichloride) may be used, and the fluorinated solid oxide may comprise, but is not limited to, fluorinated silica-coated alumina.
Cocatalizadores Coca-Colators
En determinados aspectos dirigidos a composiciones catalizadoras que contienen un cocatalizador y procesos de polimerización usando un cocatalizador, el cocatalizador puede comprender un compuesto de hidrocarbilo metálico, cuyos ejemplos incluyen compuestos de hidrocarbilo metálico que no son haluros, compuestos de haluros de hidrocarbilo metálico, compuestos de alquilo metálico que no son haluros, compuestos de haluro de alquilo metálico, etc. El grupo hidrocarbilo (o grupo alquilo) puede ser cualquier grupo hidrocarbilo (o alquilo) descrito en el presente documento. Además, en algunos aspectos, el metal del hidrocarbilo metálico puede ser un metal del grupo 1,2, 11, 12, 13 o 14; alternativamente, un metal del grupo 13 o 14; o alternativamente, un metal del grupo 13. Por lo tanto, en algunos aspectos, el metal del hidrocarbilo metálico (o hidrocarbilo metálico que no es haluro o haluro de hidrocarbilo metálico) puede ser litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario, zinc, cadmio, boro, aluminio o estaño; alternativamente, litio, sodio, potasio, magnesio, calcio, zinc, boro, aluminio o estaño; alternativamente, litio, sodio o potasio; alternativamente, magnesio o calcio; alternativamente, litio; alternativamente, sodio; alternativamente, potasio; alternativamente, magnesio; alternativamente, calcio; alternativamente, zinc; alternativamente, boro; alternativamente, aluminio; o alternativamente, estaño. En algunos aspectos, el hidrocarbilo metálico o alquilo metálico, con o sin un haluro, pueden comprender un hidrocarbilo o alquilo de litio, un hidrocarbilo o alquilo de magnesio, un hidrocarbilo o alquilo de boro, un hidrocarbilo o alquilo de zinc, o un hidrocarbilo o alquilo de aluminio. In certain aspects directed to catalyst compositions containing a cocatalyst and polymerization processes using a cocatalyst, the cocatalyst may comprise a metal hydrocarbyl compound, examples of which include non-halide metal hydrocarbyl compounds, metal hydrocarbyl halide compounds, non-halide metal alkyl compounds, metal alkyl halide compounds, etc. The hydrocarbyl group (or alkyl group) may be any hydrocarbyl (or alkyl) group described herein. Furthermore, in some aspects, the metal of the metal hydrocarbyl may be a Group 1, 2, 11, 12, 13, or 14 metal; alternatively, a Group 13 or 14 metal; or alternatively, a Group 13 metal. Thus, in some aspects, the metal of the metal hydrocarbyl (or non-halide metal hydrocarbyl or metal hydrocarbyl halide) can be lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium, zinc, cadmium, boron, aluminum, or tin; alternatively, lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, zinc, boron, aluminum, or tin; alternatively, lithium, sodium, or potassium; alternatively, magnesium or calcium; alternatively, lithium; alternatively, sodium; alternatively, potassium; alternatively, magnesium; alternatively, calcium; alternatively, zinc; alternatively, boron; alternatively, aluminum; or alternatively, tin. In some aspects, the metal hydrocarbyl or metal alkyl, with or without a halide, may comprise a lithium hydrocarbyl or alkyl, a magnesium hydrocarbyl or alkyl, a boron hydrocarbyl or alkyl, a zinc hydrocarbyl or alkyl, or an aluminum hydrocarbyl or alkyl.
En aspectos particulares dirigidos a composiciones catalizadoras que contienen un cocatalizador y procesos de polimerización usando un cocatalizador, el cocatalizador puede comprender un compuesto de aluminoxano (por ejemplo, un aluminoxano soportado), un compuesto de organoboro u organoborato, un compuesto iónico ionizante, un compuesto de organoaluminio, un compuesto de organozinc, un compuesto de organomagnesio o un compuesto de organolitio, y esto incluye cualesquiera combinaciones de estos materiales. En un aspecto, el cocatalizador puede comprender un compuesto de organoaluminio. En otro aspecto, el cocatalizador puede comprender un compuesto de aluminoxano, un compuesto de organoboro u organoborato, un compuesto iónico ionizante, un compuesto de organozinc, un compuesto de organomagnesio, un compuesto de organolitio, o cualquier combinación de los mismos. En otro aspecto más, el cocatalizador puede comprender un compuesto de aluminoxano; alternativamente, un compuesto de organoboro u organoborato; alternativamente, un compuesto iónico ionizante; alternativamente, un compuesto de organozinc; alternativamente, un compuesto de organomagnesio; o alternativamente, un compuesto de organolitio. In particular aspects directed to catalyst compositions containing a cocatalyst and polymerization processes using a cocatalyst, the cocatalyst may comprise an aluminoxane compound (e.g., a supported aluminoxane), an organoboron or organoborate compound, an ionizing ionic compound, an organoaluminum compound, an organozinc compound, an organomagnesium compound, or an organolithium compound, and this includes any combinations of these materials. In one aspect, the cocatalyst may comprise an organoaluminum compound. In another aspect, the cocatalyst may comprise an aluminoxane compound, an organoboron or organoborate compound, an ionizing ionic compound, an organozinc compound, an organomagnesium compound, an organolithium compound, or any combination thereof. In yet another aspect, the cocatalyst may comprise an aluminoxane compound; alternatively, an organoboron or organoborate compound; alternatively, an ionizing ionic compound; alternatively, an organozinc compound; alternatively, an organomagnesium compound; or alternatively, an organolithium compound.
Los ejemplos no limitantes específicos de compuestos de organoaluminio adecuados pueden incluir trimetilaluminio (TMA), trietilaluminio (TEA), tri-n-propilaluminio (TNPA), tri-n-butilaluminio (TNBA), triisobutilaluminio (TIBA), tri-n-hexilaluminio, tri-n-octilaluminio, hidruro de diisobutilaluminio, etóxido de dietilaluminio, cloruro de dietilaluminio y similares, o combinaciones de los mismos. Los ejemplos representativos y no limitantes de aluminoxanos incluyen metilaluminoxano, metilaluminoxano modificado, etilaluminoxano, npropilaluminoxano, iso-propilaluminoxano, n-butilaluminoxano, t-butilaluminoxano, sec-butilaluminoxano, isobutilaluminoxano, 1-pentilaluminoxano, 2-pentilaluminoxano, 3-pentilaluminoxano, isopentilaluminoxano, neopentilaluminoxano, y similares, o cualquier combinación de los mismos. Los ejemplos representativos y no limitantes de compuestos de organoboro/organoborato incluyen tetraquis(pentafluorofenil)borato de N,N-dimetilanilinio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de trifenilcarbenio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de litio, tetraquis[3,5-bis(trifluorometil)fenil]borato de N,N-dimetilanilinio, tetraquis[3,5-bis(trifluorometil)fenil]borato de trifenilcarbenio, tris(pentafluorofenil)boro, tris[3,5-bis(trifluorometil)fenil]boro, y similares, o mezclas de los mismos. Specific non-limiting examples of suitable organoaluminum compounds may include trimethylaluminum (TMA), triethylaluminum (TEA), tri-n-propylaluminum (TNPA), tri-n-butylaluminum (TNBA), triisobutylaluminum (TIBA), tri-n-hexylaluminum, tri-n-octylaluminum, diisobutylaluminum hydride, diethylaluminum ethoxide, diethylaluminum chloride, and the like, or combinations thereof. Representative and non-limiting examples of aluminoxanes include methylaluminoxane, modified methylaluminoxane, ethylaluminoxane, n-propylaluminoxane, iso-propylaluminoxane, n-butylaluminoxane, t-butylaluminoxane, sec-butylaluminoxane, isobutylaluminoxane, 1-pentylaluminoxane, 2-pentylaluminoxane, 3-pentylaluminoxane, isopentylaluminoxane, neopentylaluminoxane, and the like, or any combination thereof. Representative and non-limiting examples of organoboron/organoborate compounds include N,N-dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, triphenylcarbenium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, lithium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, N,N-dimethylanilinium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate, triphenylcarbenium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate, tris(pentafluorophenyl)boron, tris[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate, and the like, or mixtures thereof.
Los ejemplos de compuestos iónicos ionizantes pueden incluir, pero no se limitan a, los siguientes compuestos: tetraquis(p-tolil)borato de tri(n-butil)amonio, tetraquis(m-tolil)borato de tri(n-butil)amonio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)borato de tri(n-butil)amonio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)borato de tri(n-butil)amonio, tetraquis[3,5-bis(trifluorometil)fenil]borato de tri(n-butil)amonio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de tri(n-butil)amonio, tetraquis(p-tolil)borato de N,N-dimetilanilinio, tetraquis(m-tolil)borato de N,N-dimetilanilinio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)borato de N,N-dimetilanilinio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)borato de N,N-dimetilanilinio, tetraquis[3,5-bis(trifluorometil)fenil]borato de N,N-dimetilanilinio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de N,N-dimetilanilinio, tetraquis(p-tolil)borato de trifenilcarbenio, tetraquis(m-tolil)borato de trifenilcarbenio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)borato de trifenilcarbenio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)borato de trifenilcarbenio, tetraquis[3,5-bis(trifluorometil)fenil]borato de trifenilcarbenio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de trifenilcarbenio, tetraquis(ptolil)borato de tropilio, tetraquis(m-tolil)borato de tropilio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)borato de tropilio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)borato de tropilio, tetraquis[3,5-bis(trifluorometil)fenil]borato de tropilio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de tropilio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de litio, tetrafenilborato de litio, tetraquis(p-tolil)borato de litio, tetraquis(m-tolil)borato de litio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)borato de litio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)borato de litio, tetrafluoroborato de litio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de sodio, tetrafenilborato de sodio, tetraquis(p-tolil)borato de sodio, tetraquis(m-tolil)borato de sodio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)borato de sodio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)borato de sodio, tetrafluoroborato de sodio, tetraquis(pentafluorofenil)borato de potasio, tetrafenilborato de potasio, tetraquis(p-tolil)borato de potasio, tetraquis(m-tolil)borato de potasio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)borato de potasio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)borato de potasio, tetrafluoroborato de potasio, tetraquis(pentafluorofenil)aluminato de litio, tetrafenilaluminato de litio, tetraquis(p-tolil)aluminato de litio, tetraquis(m-tolil)aluminato de litio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)aluminato de litio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)aluminato de litio, tetrafluoroaluminato de litio, tetraquis(pentafluorofenil)aluminato de sodio, tetrafenilaluminato de sodio, tetraquis(p-tolil)aluminato de sodio, tetraquis(m-tolil)aluminato de sodio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)aluminato de sodio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)aluminato de sodio, tetrafluoroaluminato de sodio, tetraquis(pentafluorofenil)aluminato de potasio, tetrafenilaluminato de potasio, tetraquis(p-tolil)aluminato de potasio, tetraquis(m-tolil)aluminato de potasio, tetraquis(2,4-dimetilfenil)aluminato de potasio, tetraquis(3,5-dimetilfenil)aluminato de potasio, tetrafluoroaluminato de potasio y similares, o combinaciones de los mismos. Examples of ionizing ionic compounds may include, but are not limited to, the following compounds: tri(n-butyl)ammonium tetrakis(p-tolyl)borate, tri(n-butyl)ammonium tetrakis(m-tolyl)borate, tri(n-butyl)ammonium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)borate, tri(n-butyl)ammonium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)borate, tri(n-butyl)ammonium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate, tri(n-butyl)ammonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, N,N-dimethylanilinium tetrakis(p-tolyl)borate, N,N-dimethylanilinium tetrakis(m-tolyl)borate, N,N-dimethylanilinium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)borate, N,N-dimethylanilinium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)borate, N,N-dimethylanilinium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate, N,N-dimethylanilinium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, triphenylcarbenium tetrakis(p-tolyl)borate, triphenylcarbenium tetrakis(m-tolyl)borate triphenylcarbenium, triphenylcarbenium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)borate, triphenylcarbenium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)borate, triphenylcarbenium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate, triphenylcarbenium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, tropylium tetrakis(ptolyl)borate, tetrakis(m-tolyl)tropylium borate, tetrakis(2,4-dimethylphenyl)tropylium borate, tropylium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)borate, tropylium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate, tropylium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, lithium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, lithium tetraphenylborate, lithium tetrakis(p-tolyl)borate, lithium tetrakis(m-tolyl)borate lithium, lithium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)borate, lithium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)borate, lithium tetrafluoroborate, sodium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, sodium tetraphenylborate, sodium tetrakis(p-tolyl)borate, sodium tetrakis(m-tolyl)borate, sodium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)borate, sodium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)borate, sodium tetrafluoroborate, potassium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, tetraphenylborate potassium tetrakis(p-tolyl)borate, potassium tetrakis(m-tolyl)borate, potassium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)borate, potassium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)borate, potassium tetrafluoroborate, lithium tetrakis(pentafluorophenyl)aluminate, lithium tetraphenylaluminate, lithium tetrakis(p-tolyl)aluminate, lithium tetrakis(m-tolyl)aluminate, lithium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)aluminate, lithium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)aluminate, lithium tetrafluoroaluminate, sodium tetrakis(pentafluorophenyl)aluminate, sodium tetraphenylaluminate, sodium tetrakis(p-tolyl)aluminate, sodium tetrakis(m-tolyl)aluminate, sodium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)aluminate, sodium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)aluminate, sodium tetrafluoroaluminate, potassium tetrakis(pentafluorophenyl)aluminate, potassium tetraphenylaluminate, potassium tetrakis(p-tolyl)aluminate, potassium tetrakis(m-tolyl)aluminate, potassium tetrakis(2,4-dimethylphenyl)aluminate, potassium tetrakis(3,5-dimethylphenyl)aluminate, potassium tetrafluoroaluminate and the like, or combinations thereof.
Los compuestos de organozinc ejemplares que se pueden usar como cocatalizadores pueden incluir, pero no se limitan a, dimetilzinc, dietilzinc, dipropilzinc, dibutilzinc, dineopentilzinc, di(trimetilsilil)zinc, di(trietilsilil)zinc, di(triisopropilsilil)zinc, di(trifenilsilil)zinc, di(alildimetilsilil)zinc, di(trimetilsililmetil)zinc y similares, o combinaciones de los mismos. Exemplary organozinc compounds that can be used as cocatalysts may include, but are not limited to, dimethylzinc, diethylzinc, dipropylzinc, dibutylzinc, dineopentylzinc, di(trimethylsilyl)zinc, di(triethylsilyl)zinc, di(triisopropylsilyl)zinc, di(triphenylsilyl)zinc, di(allyldimethylsilyl)zinc, di(trimethylsilylmethyl)zinc and the like, or combinations thereof.
De manera similar, los compuestos de organomagnesio ejemplares pueden incluir, pero no se limitan a, dimetilmagnesio, dietilmagnesio, dipropilmagnesio, dibutilmagnesio, dineopentilmagnesio, di(trimetilsililmetil)magnesio, cloruro de metilmagnesio, cloruro de etilmagnesio, cloruro de propilmagnesio, cloruro de butilmagnesio, cloruro de neopentilmagnesio, cloruro de trimetilsililmetilmagnesio, bromuro de metilmagnesio, bromuro de etilmagnesio, bromuro de propilmagnesio, bromuro de butilmagnesio, bromuro de neopentilmagnesio, bromuro de trimetilsililmetilmagnesio, yoduro de metilmagnesio, yoduro de etilmagnesio, yoduro de propilmagnesio, yoduro de butilmagnesio, yoduro de neopentilmagnesio, yoduro de trimetilsililmetilmagnesio, etóxido de metilmagnesio, etóxido de etilmagnesio, etóxido de propilmagnesio, etóxido de butilmagnesio, etóxido de neopentilmagnesio, etóxido de trimetilsililmetilmagnesio, propóxido de metilmagnesio, propóxido de etilmagnesio, propóxido de propilmagnesio, propóxido de butilmagnesio, propóxido de neopentilmagnesio, propóxido de trimetilsililmetilmagnesio, fenóxido de metilmagnesio, fenóxido de etilmagnesio, fenóxido de propilmagnesio, fenóxido de butilmagnesio, fenóxido de neopentilmagnesio, fenóxido de trimetilsililmetilmagnesio y similares, o cualesquier combinaciones de los mismos. Similarly, exemplary organomagnesium compounds may include, but are not limited to, dimethylmagnesium, diethylmagnesium, dipropylmagnesium, dibutylmagnesium, dineopentylmagnesium, di(trimethylsilylmethyl)magnesium, methylmagnesium chloride, ethylmagnesium chloride, propylmagnesium chloride, butylmagnesium chloride, neopentylmagnesium chloride, trimethylsilylmethylmagnesium chloride, methylmagnesium bromide, ethylmagnesium bromide, propylmagnesium bromide, butylmagnesium bromide, neopentylmagnesium bromide, trimethylsilylmethylmagnesium bromide, methylmagnesium iodide, ethylmagnesium iodide, propylmagnesium iodide, butylmagnesium iodide, neopentylmagnesium, trimethylsilylmethylmagnesium iodide, methylmagnesium ethoxide, ethylmagnesium ethoxide, propylmagnesium ethoxide, butylmagnesium ethoxide, neopentylmagnesium ethoxide, trimethylsilylmethylmagnesium ethoxide, methylmagnesium propoxide, ethylmagnesium propoxide, propylmagnesium propoxide, butylmagnesium propoxide, neopentylmagnesium propoxide, trimethylsilylmethylmagnesium propoxide, methylmagnesium phenoxide, ethylmagnesium phenoxide, propylmagnesium phenoxide, butylmagnesium phenoxide, neopentylmagnesium phenoxide, trimethylsilylmethylmagnesium phenoxide and the like, or any combinations thereof.
Asimismo, los compuestos de organolitio ejemplares pueden incluir, pero no se limitan a, metillitio, etillitio, propillitio, butillitio (por ejemplo, t-butillitio), neopentillitio, trimetilsililmetillitio, fenillitio, tolil-itio, xilillitio, bencillitio, (dimetilfenil)metillitio, alillitio y similares, o combinaciones de los mismos. Likewise, exemplary organolithium compounds may include, but are not limited to, methyllithium, ethyllithium, propyllithium, butyllithium (e.g., t-butyllithium), neopentyllithium, trimethylsilylmethyllithium, phenyllithium, tolyllithium, xylyllithium, benzyllithium, (dimethylphenyl)methyllithium, allyllithium, and the like, or combinations thereof.
Los cocatalizadores que se pueden usar en las composiciones catalizadoras de esta invención no se limitan a los cocatalizadores descritos anteriormente. Otros cocatalizadores adecuados son bien conocidos por los expertos en la materia, incluyendo, por ejemplo, los que se divulgan en las Patentes de EE. UU. N.° 3,242,099, 4,794,096, 4,808,561, 5,576,259, 5,807,938, 5,919,983, 7,294,599, 7,601,665, 7,884,163, 8,114,946 y 8,309,485. The cocatalysts that can be used in the catalyst compositions of this invention are not limited to the cocatalysts described above. Other suitable cocatalysts are well known to those skilled in the art, including, for example, those disclosed in U.S. Patent Nos. 3,242,099, 4,794,096, 4,808,561, 5,576,259, 5,807,938, 5,919,983, 7,294,599, 7,601,665, 7,884,163, 8,114,946, and 8,309,485.
Procesos de polimerización Polymerization processes
Las composiciones catalizadoras se pueden usar para polimerizar olefinas para formar homopolímeros, copolímeros, terpolímeros y similares, y se discuten en el presente documento. Uno de dichos procesos para polimerizar olefinas en presencia de una composición catalizadora de la presente invención puede comprender poner en contacto la composición catalizadora con un monómero de olefina y, opcionalmente, un comonómero (uno o más) de olefina en un sistema de reactor de polimerización en condiciones de polimerización para producir un polímero de olefina, en donde la composición catalizadora puede comprender un compuesto de metaloceno, un óxido sólido fluorado y un cocatalizador opcional. En el presente documento se analizan complejos de metaloceno, activadores de óxidos sólidos fluorados y cocatalizadores. Por lo tanto, los aspectos de esta invención están dirigidos a un proceso para polimerizar olefinas en presencia de una composición catalizadora, comprendiendo el proceso poner en contacto una composición catalizadora con etileno y opcionalmente un comonómero de olefina (uno o más) en condiciones de polimerización para producir un polímero de etileno. Asimismo, la presente invención abarca procesos de polimerización de olefinas que comprenden cualesquiera de los procesos para producir un óxido sólido fluorado divulgados en este documento (por ejemplo, que comprenden (a) poner en contacto un compuesto ácido que contiene flúor y una base inorgánica para producir una mezcla acuosa que tiene un pH de al menos aproximadamente 4, y (b) poner en contacto un óxido sólido con la mezcla acuosa para producir el óxido sólido fluorado; o que comprenden (A) poner en contacto un compuesto ácido que contiene flúor con un óxido sólido para producir una mezcla, y (B) poner en contacto la mezcla con una base inorgánica para producir el óxido sólido fluorado a un pH de al menos aproximadamente 4), poner en contacto un compuesto de metaloceno, el óxido sólido fluorado y un cocatalizador opcional para formar una composición catalizadora, y poner en contacto la composición catalizadora con un monómero de olefina y opcionalmente un comonómero de olefina (uno o más) en un sistema de reactor de polimerización en condiciones de polimerización para producir un polímero de olefina. The catalyst compositions can be used to polymerize olefins to form homopolymers, copolymers, terpolymers, and the like, and are discussed herein. One such process for polymerizing olefins in the presence of a catalyst composition of the present invention may comprise contacting the catalyst composition with an olefin monomer and, optionally, one or more olefin comonomers in a polymerization reactor system under polymerization conditions to produce an olefin polymer, wherein the catalyst composition may comprise a metallocene compound, a fluorinated solid oxide, and an optional cocatalyst. Metallocene complexes, fluorinated solid oxide activators, and cocatalysts are discussed herein. Therefore, aspects of this invention are directed to a process for polymerizing olefins in the presence of a catalyst composition, the process comprising contacting a catalyst composition with ethylene and optionally one or more olefin comonomers under polymerization conditions to produce an ethylene polymer. Furthermore, the present invention encompasses olefin polymerization processes comprising any of the processes for producing a fluorinated solid oxide disclosed herein (e.g., comprising (a) contacting a fluorine-containing acidic compound and an inorganic base to produce an aqueous mixture having a pH of at least about 4, and (b) contacting a solid oxide with the aqueous mixture to produce the fluorinated solid oxide; or comprising (A) contacting a fluorine-containing acidic compound with a solid oxide to produce a mixture, and (B) contacting the mixture with an inorganic base to produce the fluorinated solid oxide at a pH of at least about 4), contacting a metallocene compound, the fluorinated solid oxide, and an optional cocatalyst to form a catalyst composition, and contacting the catalyst composition with an olefin monomer and optionally one olefin comonomer (one or more) in a polymerization reactor system under polymerization conditions to produce an olefin polymer.
Las composiciones catalizadoras están destinadas a cualquier método de polimerización de olefinas en que se usen diversos tipos de sistemas de reactor y reactores de polimerización. El sistema de reactor de polimerización puede incluir cualquier reactor de polimerización que pueda polimerizar monómeros y comonómeros (un comonómero o más de uno) de olefina para producir homopolímeros, copolímeros, terpolímeros y similares. Los diversos tipos de reactores incluyen aquellos que pueden mencionarse como reactor de bucle, reactor de suspensión, reactor de fase gaseosa, reactor de solución, reactor de alta presión, reactor tubular, reactor de autoclave, y similares, o combinaciones de los mismos. Para los diversos tipos de reactor se usan las condiciones de polimerización adecuadas. Los reactores de fase gaseosa pueden comprender reactores de lecho fluidizado o reactores horizontales por fases. Los reactores de suspensión pueden comprender bucles verticales u horizontales. Los reactores de alta presión pueden comprender reactores de autoclave o tubulares. Los tipos de reactor pueden incluir procesos discontinuos o continuos. Los procesos continuos pueden usar descarga de producto intermitente o continua. Los procesos también pueden incluir el reciclaje directo parcial o total del monómero sin reaccionar, el comonómero sin reaccionar y/o el diluyente. The catalyst compositions are intended for any olefin polymerization method in which various types of reactor systems and polymerization reactors are used. The polymerization reactor system may include any polymerization reactor capable of polymerizing olefin monomers and comonomers (one or more comonomers) to produce homopolymers, copolymers, terpolymers, and the like. The various reactor types include those that may be mentioned as loop reactors, slurry reactors, gas-phase reactors, solution reactors, high-pressure reactors, tubular reactors, autoclave reactors, and the like, or combinations thereof. Suitable polymerization conditions are used for the various reactor types. Gas-phase reactors may comprise fluidized-bed reactors or horizontal phased reactors. Slurry reactors may comprise vertical or horizontal loops. High-pressure reactors may comprise autoclave or tubular reactors. Reactor types may include batch or continuous processes. Continuous processes may use intermittent or continuous product discharge. Processes may also include partial or complete direct recycling of unreacted monomer, unreacted comonomer, and/or diluent.
Los sistemas de reactor de polimerización de la presente invención pueden comprender un tipo de reactor en un sistema o múltiples reactores del mismo tipo o de tipos diferentes (por ejemplo, un solo reactor, reactor doble, más de dos reactores). La producción de polímeros en múltiples reactores puede incluir varias etapas en al menos dos reactores de polimerización separados interconectados mediante un dispositivo de transferencia que hace posible transferir los polímeros resultantes del primer reactor de polimerización al segundo reactor. Las condiciones de polimerización deseadas en uno de los reactores pueden ser diferentes de las condiciones de funcionamiento del(los) otro(s) reactor(es). Alternativamente, la polimerización en múltiples reactores puede incluir la transferencia manual de polímero de un reactor a los reactores subsiguientes para la polimerización continua. Los sistemas de múltiples reactores pueden incluir cualquier combinación que incluya, pero no se limite a, múltiples reactores de bucle, múltiples reactores de fase gaseosa, una combinación de reactores de fase gaseosa y de bucle, múltiples reactores de alta presión o una combinación de reactores de alta presión de bucle y/o de fase gaseosa. Los múltiples reactores se pueden hacer funcionar en serie, en paralelo o de ambas formas. Por consiguiente, la presente invención abarca sistemas de reactor de polimerización que comprenden un solo reactor, que comprenden dos reactores, y que comprenden más de dos reactores. El sistema de reactor de polimerización puede comprender un reactor de suspensión, un reactor de fase gaseosa, un reactor de solución, en determinados aspectos de esta invención, así como combinaciones de múltiples reactores de los mismos. The polymerization reactor systems of the present invention may comprise one type of reactor in a system or multiple reactors of the same or different types (e.g., a single reactor, a dual reactor, more than two reactors). The production of polymers in multiple reactors may include several stages in at least two separate polymerization reactors interconnected by a transfer device that makes it possible to transfer the resulting polymers from the first polymerization reactor to the second reactor. The desired polymerization conditions in one of the reactors may be different from the operating conditions of the other reactor(s). Alternatively, the polymerization in multiple reactors may include manual transfer of polymer from one reactor to subsequent reactors for continuous polymerization. Multi-reactor systems may include any combination including, but not limited to, multiple loop reactors, multiple gas phase reactors, a combination of gas phase and loop reactors, multiple high pressure reactors, or a combination of loop and/or gas phase high pressure reactors. The multiple reactors may be operated in series, in parallel, or both. Accordingly, the present invention encompasses polymerization reactor systems comprising a single reactor, comprising two reactors, and comprising more than two reactors. The polymerization reactor system may comprise a slurry reactor, a gas phase reactor, a solution reactor, in certain aspects of this invention, as well as multi-reactor combinations thereof.
Según un aspecto, el sistema de reactor de polimerización puede comprender al menos un reactor de suspensión de bucle que comprende bucles verticales u horizontales. El monómero, el diluyente, el catalizador y el comonómero se pueden alimentar de manera continua a un reactor de bucle, donde se produce la polimerización. En general, los procesos continuos pueden comprender la introducción continua de monómero/comonómero, un catalizador y un diluyente en un reactor de polimerización y la eliminación continua de una suspensión de este reactor, que comprende partículas de polímero y el diluyente. El efluente del reactor se puede evaporar de forma instantánea para eliminar el polímero sólido de los líquidos que comprenden el diluyente, el monómero y/o el comonómero. Se pueden usar diversas tecnologías para esta etapa de separación, que incluyen, pero no se limitan а, la evaporación instantánea, que puede incluir cualquier combinación de adición de calor y reducción de presión, separación por acción ciclónica en un ciclón o hidrociclón o la separación por centrifugación. In one aspect, the polymerization reactor system may comprise at least one loop slurry reactor comprising vertical or horizontal loops. Monomer, diluent, catalyst, and comonomer may be continuously fed to a loop reactor, where polymerization occurs. Generally, continuous processes may comprise the continuous introduction of monomer/comonomer, a catalyst, and a diluent into a polymerization reactor and the continuous removal of a slurry from this reactor, comprising polymer particles and the diluent. The reactor effluent may be flashed to remove solid polymer from liquids comprising the diluent, monomer, and/or comonomer. Various technologies may be used for this separation step, including, but not limited to, flash evaporation, which may include any combination of heat addition and pressure reduction, separation by cyclonic action in a cyclone or hydrocyclone, or separation by centrifugation.
Un proceso típico de polimerización en suspensión (también conocido como proceso en forma de partículas) se divulga, por ejemplo, en las patentes de EE. UU. N.° 3,248,179, 4,501,885, 5,565,175, 5,575,979, 6,239,235, б, 262,191, 6,833,415 y 8,822,608. A typical suspension polymerization process (also known as a particulate process) is disclosed, for example, in U.S. Patent Nos. 3,248,179, 4,501,885, 5,565,175, 5,575,979, 6,239,235, 262,191, 6,833,415, and 8,822,608.
Los diluyentes adecuados usados en la polimerización en suspensión incluyen, pero no se limitan a, el monómero que se está polimerizando y los hidrocarburos que son líquidos en condiciones de polimerización. Los ejemplos de diluyentes adecuados incluyen, pero no se limitan a, hidrocarburos, tales como, propano, ciclohexano, isobutano, n-butano, n-pentano, isopentano, neopentano y n-hexano. Algunas reacciones de polimerización en bucle pueden tener lugar en condiciones en volumen, en las que no se usa diluyente, tal como, las que se pueden emplear en la polimerización en volumen de propileno para formar homopolímeros de polipropileno. Suitable diluents used in slurry polymerization include, but are not limited to, the monomer being polymerized and hydrocarbons that are liquid under polymerization conditions. Examples of suitable diluents include, but are not limited to, hydrocarbons such as propane, cyclohexane, isobutane, n-butane, n-pentane, isopentane, neopentane, and n-hexane. Some loop polymerization reactions can be carried out under bulk conditions where no diluent is used, such as those that can be employed in the bulk polymerization of propylene to form polypropylene homopolymers.
Según otro aspecto más de esta invención, el sistema de reactor de polimerización puede comprender al menos un reactor de fase gaseosa. En dichos sistemas se puede emplear una corriente de reciclaje continua que contenga uno o más monómeros que circulan de manera continua a través de un lecho fluidizado en presencia del catalizador, en condiciones de polimerización. Una corriente de reciclaje se puede retirar del lecho fluidizado y volverse a recircular al reactor. Simultáneamente, el producto de polímero se puede retirar del reactor y se puede añadir monómero nuevo o recién preparado para sustituir el monómero polimerizado. Dichos reactores de fase gaseosa pueden comprender un proceso para la polimerización de olefinas en fase gaseosa en múltiples etapas, en el que las olefinas se polimerizan en la fase gaseosa en al menos dos zonas de polimerización en fase gaseosa independientes mientras se suministra un polímero que contiene catalizador formado en una primera zona de polimerización a una segunda zona de polimerización. En las Patentes de EE. UU. N.° 5,352,749, 4,588,790, 5,436,304, 7,531,606 y 7,598,327 se divulga un tipo de reactor de fase gaseosa. In yet another aspect of this invention, the polymerization reactor system may comprise at least one gas phase reactor. Such systems may employ a continuous recycle stream containing one or more monomers continuously circulating through a fluidized bed in the presence of the catalyst, under polymerization conditions. A recycle stream may be withdrawn from the fluidized bed and recycled back to the reactor. Simultaneously, the polymer product may be withdrawn from the reactor and fresh or newly prepared monomer may be added to replace the polymerized monomer. Such gas phase reactors may comprise a multi-stage gas phase olefin polymerization process, wherein the olefins are polymerized in the gas phase in at least two separate gas phase polymerization zones while a catalyst-containing polymer formed in a first polymerization zone is supplied to a second polymerization zone. One type of gas phase reactor is disclosed in U.S. Patent Nos. 5,352,749, 4,588,790, 5,436,304, 7,531,606 and 7,598,327.
De acuerdo con otro aspecto más de la invención, un reactor de polimerización de alta presión puede comprender un reactor tubular o un reactor de autoclave. Los reactores tubulares pueden tener varias zonas donde se añaden monómeros, iniciadores o catalizadores recién preparados. El monómero puede ser arrastrado en una corriente gaseosa inerte e introducido en una zona del reactor. Los iniciadores, catalizadores y/o componentes catalizadores se pueden arrastrar en una corriente gaseosa e introducir en otra zona del reactor. Las corrientes de gas se pueden entremezclar para la polimerización. El calor y la presión se pueden emplear apropiadamente para obtener condiciones de la reacción de polimerización óptimas. According to yet another aspect of the invention, a high-pressure polymerization reactor may comprise a tubular reactor or an autoclave reactor. Tubular reactors may have several zones where freshly prepared monomers, initiators, or catalysts are added. The monomer may be entrained in an inert gas stream and introduced into one zone of the reactor. The initiators, catalysts, and/or catalyst components may be entrained in a gas stream and introduced into another zone of the reactor. The gas streams may be intermixed for polymerization. Heat and pressure may be appropriately employed to obtain optimal polymerization reaction conditions.
Según otro aspecto más de la invención, el sistema de reactor de polimerización puede comprender un reactor de polimerización en solución en donde el monómero (y comonómero, si se usa) se ponen en contacto con la composición catalizadora mediante agitación adecuada u otros medios. Se puede emplear un vehículo que comprende un diluyente orgánico inerte o monómero en exceso. Si se desea, el monómero/comonómero se puede poner en contacto en fase de vapor con el producto de la reacción catalítica, en presencia o ausencia de material líquido. La zona de polimerización se mantiene a temperaturas y presiones que darán como resultado la formación de una solución del polímero en un medio de reacción. Se puede emplear agitación para obtener un control mejor de la temperatura y para mantener las mezclas de polimerización uniformes en toda la zona de polimerización. Se usan medios adecuados para disipar el calor exotérmico de la polimerización. In yet another aspect of the invention, the polymerization reactor system may comprise a solution polymerization reactor wherein the monomer (and comonomer, if used) are contacted with the catalyst composition by suitable agitation or other means. A carrier comprising an inert organic diluent or excess monomer may be employed. If desired, the monomer/comonomer may be contacted in the vapor phase with the catalytic reaction product, in the presence or absence of liquid material. The polymerization zone is maintained at temperatures and pressures that will result in the formation of a solution of the polymer in a reaction medium. Agitation may be employed to achieve improved temperature control and to maintain uniform polymerization mixtures throughout the polymerization zone. Suitable means are used to dissipate the exothermic heat of polymerization.
Los sistemas de reactor de polimerización adecuados para la presente invención pueden comprender además cualquier combinación de al menos un sistema de alimentación de materia prima, al menos un sistema de alimentación para el catalizador o los componentes de catalizador y/o al menos un sistema de recuperación de polímero. Los sistemas de reactor adecuados para la presente invención pueden comprender además sistemas para la purificación del material de partida, el almacenamiento y la preparación del catalizador, la extrusión, el enfriamiento del reactor, la recuperación de polímero, el fraccionamiento, el reciclaje, el almacenamiento, la descarga, el análisis de laboratorio y el control del proceso. Polymerization reactor systems suitable for the present invention may further comprise any combination of at least one feedstock feed system, at least one feed system for the catalyst or catalyst components, and/or at least one polymer recovery system. Reactor systems suitable for the present invention may further comprise systems for raw material purification, catalyst storage and preparation, extrusion, reactor cooling, polymer recovery, fractionation, recycling, storage, unloading, laboratory analysis, and process control.
Las condiciones de polimerización que se controlan para conseguir eficiencia y para proporcionar las propiedades de polímero deseadas pueden incluir la temperatura, la presión y las concentraciones de diversos reactantes. La temperatura de polimerización puede afectar a la productividad del catalizador, el peso molecular del polímero y la distribución de pesos moleculares. Una temperatura de polimerización adecuada puede ser cualquier temperatura inferior a la temperatura de despolimerización, según la ecuación de la energía libre de Gibbs. Típicamente, esto incluye de aproximadamente 35°C a aproximadamente 280°C, por ejemplo, o de aproximadamente 50°C a aproximadamente 175°C, en función del tipo de reactor(es) de polimerización. En algunos sistemas de reactor, la temperatura de polimerización generalmente puede caer dentro de un intervalo de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 120 °C, o de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 100 °C. Varias condiciones de polimerización se pueden mantener sustancialmente constantes, por ejemplo, para la producción de un grado particular de polímero de olefina. Polymerization conditions that are controlled to achieve efficiency and to provide desired polymer properties may include temperature, pressure, and the concentrations of various reactants. The polymerization temperature may affect catalyst productivity, polymer molecular weight, and molecular weight distribution. A suitable polymerization temperature may be any temperature below the depolymerization temperature, according to the Gibbs free energy equation. Typically, this includes from about 35°C to about 280°C, for example, or from about 50°C to about 175°C, depending on the type of polymerization reactor(s). In some reactor systems, the polymerization temperature may generally fall within a range of from about 60°C to about 120°C, or from about 70°C to about 100°C. Various polymerization conditions may be held substantially constant, for example, for the production of a particular grade of olefin polymer.
Las presiones adecuadas también variarán según el tipo de reactor y polimerización. La presión para las polimerizaciones en fase líquida en un reactor de bucle es típicamente menor que 6,9 MPa (1.000 psig). La presión para la polimerización en fase gaseosa suele ser de aproximadamente 1,4 MPa a 3,4 MPa (200 psig a 500 psig). La polimerización a alta presión en reactores tubulares o de autoclave en general se lleva a cabo a aproximadamente 138 a 517 MPa (20.000 a 75.000 psig). Los reactores de polimerización también se pueden hacer funcionar en una región supercrítica que se produce en general a temperaturas y presiones más altas (por ejemplo, por encima de 92°C y 4,83 MPa (700 psig)). El funcionamiento por encima del punto crítico de un diagrama de presión/temperatura (fase supercrítica) puede ofrecer ventajas al proceso de reacción de polimerización. Suitable pressures will also vary depending on the reactor and polymerization type. The pressure for liquid-phase polymerizations in a loop reactor is typically less than 6.9 MPa (1,000 psig). The pressure for gas-phase polymerization is usually about 1.4 MPa to 3.4 MPa (200 to 500 psig). High-pressure polymerization in tubular or autoclave reactors is generally carried out at about 138 to 517 MPa (20,000 to 75,000 psig). Polymerization reactors can also be operated in a supercritical region, which generally occurs at higher temperatures and pressures (e.g., above 92°C and 4.83 MPa (700 psig)). Operation above the critical point of a pressure/temperature diagram (supercritical phase) can offer advantages to the polymerization reaction process.
Aspectos de esta invención se refieren a procesos de polimerización de olefinas llevados a cabo en ausencia de hidrógeno añadido. Un proceso de polimerización de olefina de esta invención puede comprender poner en contacto una composición catalizadora con un monómero de olefina y, opcionalmente, un comonómero de olefina en un sistema de reactor de polimerización en condiciones de polimerización para producir un polímero de olefina, en donde la composición catalizadora puede comprender un compuesto de metaloceno, un óxido sólido fluorado y un cocatalizador opcional, y en donde el proceso de polimerización se lleva a cabo en ausencia de hidrógeno añadido (no se añade hidrógeno al sistema de reactor de polimerización). Como reconocería una persona con experiencia ordinaria en la técnica, el hidrógeno se puede generar in situ mediante composiciones catalizadoras en diversos procesos de polimerización de olefinas, y la cantidad generada puede variar dependiendo de la composición catalizadora y el compuesto de metaloceno específicos empleados, el tipo de proceso de polimerización usado, las condiciones de reacción de polimerización usadas, etc. Aspects of this invention relate to olefin polymerization processes carried out in the absence of added hydrogen. An olefin polymerization process of this invention may comprise contacting a catalyst composition with an olefin monomer and, optionally, an olefin comonomer in a polymerization reactor system under polymerization conditions to produce an olefin polymer, wherein the catalyst composition may comprise a metallocene compound, a fluorinated solid oxide, and an optional cocatalyst, and wherein the polymerization process is carried out in the absence of added hydrogen (no hydrogen is added to the polymerization reactor system). As one of ordinary skill in the art would recognize, hydrogen can be generated in situ by catalyst compositions in various olefin polymerization processes, and the amount generated can vary depending on the specific catalyst composition and metallocene compound employed, the type of polymerization process used, the polymerization reaction conditions used, etc.
En otros aspectos, puede ser deseable llevar a cabo el proceso de polimerización en presencia de una determinada cantidad de hidrógeno añadido. Por consiguiente, un proceso de polimerización de olefinas de esta invención puede comprender poner en contacto una composición catalizadora con un monómero de olefina y, opcionalmente, un comonómero de olefina en un sistema de reactor de polimerización en condiciones de polimerización para producir un polímero de olefina, en donde la composición catalizadora puede comprender un compuesto de metaloceno, un óxido sólido fluorado y un cocatalizador opcional, y en donde el proceso de polimerización se lleva a cabo en presencia de hidrógeno añadido (se añade hidrógeno al sistema de reactor de polimerización). Por ejemplo, la razón de hidrógeno a monómero de olefina en el proceso de polimerización se puede controlar, a menudo mediante la razón de alimentación de hidrógeno a monómero de olefina que entra en el reactor. La razón de hidrógeno añadido a monómero de olefina en el proceso se puede controlar en una razón en peso que cae dentro de un intervalo de aproximadamente 25 ppm a aproximadamente 1500 ppm, de aproximadamente 50 a aproximadamente 1.000 ppm o de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 750 ppm. In other aspects, it may be desirable to carry out the polymerization process in the presence of a certain amount of added hydrogen. Accordingly, an olefin polymerization process of this invention may comprise contacting a catalyst composition with an olefin monomer and, optionally, an olefin comonomer in a polymerization reactor system under polymerization conditions to produce an olefin polymer, wherein the catalyst composition may comprise a metallocene compound, a fluorinated solid oxide, and an optional cocatalyst, and wherein the polymerization process is carried out in the presence of added hydrogen (hydrogen is added to the polymerization reactor system). For example, the ratio of hydrogen to olefin monomer in the polymerization process can be controlled, often by the ratio of hydrogen feed to olefin monomer entering the reactor. The ratio of hydrogen added to olefin monomer in the process can be controlled at a weight ratio falling within a range of about 25 ppm to about 1500 ppm, about 50 to about 1000 ppm, or about 100 ppm to about 750 ppm.
En algunos aspectos de esta invención, la razón de alimentación o reactante de hidrógeno a monómero de olefina se puede mantener sustancialmente constante durante el ciclo de polimerización para un grado de polímero particular. Esto es, la razón de hidrógeno:monómero de olefina se puede seleccionar en una razón particular dentro de un intervalo de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 1000 ppm más o menos, y mantenerse en la razón dentro de aproximadamente un /- 25 % durante el ciclo de polimerización. Por ejemplo, si la razón objetivo es de 100 ppm, entonces mantener la razón de hidrógeno:monómero de olefina sustancialmente constante implicaría mantener la razón de alimentación entre aproximadamente 75 ppm y aproximadamente 125 ppm. Además, la adición de comonómero (o comonómeros) puede ser, y en general es, sustancialmente constante a lo largo del ciclo de polimerización para un grado de polímero particular. In some aspects of this invention, the feed or reactant ratio of hydrogen to olefin monomer can be maintained substantially constant during the polymerization cycle for a particular polymer grade. That is, the ratio of hydrogen:olefin monomer can be selected at a particular ratio within a range of about 5 ppm to about 1000 ppm or so, and maintained at the ratio within about +/- 25% during the polymerization cycle. For example, if the target ratio is 100 ppm, then maintaining the ratio of hydrogen:olefin monomer substantially constant would entail maintaining the feed ratio between about 75 ppm and about 125 ppm. Furthermore, the addition of comonomer(s) can be, and generally is, substantially constant throughout the polymerization cycle for a particular polymer grade.
Sin embargo, en otros aspectos, se contempla que el monómero, el comonómero (o los comonómeros), y/o el hidrógeno se puedan impulsar periódicamente al reactor, por ejemplo, de una manera similar a la empleada en la Patente de EE. UU. N.° 5,739,220 y la Publicación de Patente de EE. UU. N.° 2004/0059070. However, in other aspects, it is contemplated that the monomer, comonomer(s), and/or hydrogen may be periodically pulsed into the reactor, for example, in a manner similar to that employed in U.S. Patent No. 5,739,220 and U.S. Patent Publication No. 2004/0059070.
La concentración de los reactantes que entran en el sistema de reactor de polimerización se puede controlar para producir resinas con determinadas propiedades físicas y mecánicas. El producto de uso final propuesto que se formará mediante la resina polimérica y el método de formación de ese producto, en última instancia, pueden determinar las propiedades y los atributos deseados del polímero. Las propiedades mecánicas incluyen ensayos de tracción, flexión, impacto, fluencia, relajación de la tensión y de dureza. Las propiedades físicas incluyen densidad, peso molecular, distribución del peso molecular, temperatura de fusión, temperatura de transición vítrea, temperatura de fusión de cristalización, densidad, estereorregularidad, crecimiento de grietas, ramificación de cadena larga y mediciones reológicas. The concentration of reactants entering the polymerization reactor system can be controlled to produce resins with specific physical and mechanical properties. The proposed end-use product to be formed by the polymer resin and the method of forming that product can ultimately determine the desired properties and attributes of the polymer. Mechanical properties include tensile, flexural, impact, creep, stress relaxation, and hardness tests. Physical properties include density, molecular weight, molecular weight distribution, melting temperature, glass transition temperature, crystallization melting temperature, density, stereoregularity, crack growth, long-chain branching, and rheological measurements.
Esta invención también está dirigida y abarca los polímeros (por ejemplo, copolímeros de etileno/a-olefina, homopolímeros de etileno, etc.) producidos por cualquiera de los procesos de polimerización divulgados en el presente documento. Los artículos de fabricación se pueden formar a partir de, y/o pueden comprender, los polímeros producidos según esta invención. This invention is also directed to and encompasses polymers (e.g., ethylene/α-olefin copolymers, ethylene homopolymers, etc.) produced by any of the polymerization processes disclosed herein. Articles of manufacture may be formed from, and/or may comprise, the polymers produced in accordance with this invention.
Monómeros de olefina Olefin monomers
Los reactantes insaturados que se pueden emplear con composiciones catalizadoras y los procesos de polimerización de esta invención típicamente pueden incluir compuestos de olefina que tienen de 2 a 30 átomos de carbono por molécula y que tienen al menos un doble enlace olefínico. Esta invención abarca procesos de homopolimerización que usan una sola olefina, tal como, etileno o propileno, así como reacciones de copolimerización, terpolimerización, etc. que usan un monómero de olefina con al menos un compuesto olefínico diferente. Por ejemplo, los copolímeros, terpolímeros, etc. de etileno resultantes en general pueden contener una cantidad mayor de etileno (porcentaje molar >50) y una cantidad menor de comonómero (porcentaje molar <50), aunque esto no es un requisito. Los comonómeros que se pueden copolimerizar con etileno a menudo pueden tener de 3 a 20 átomos de carbono, o de 3 a 10 átomos de carbono, en su cadena molecular. Unsaturated reactants that can be employed with catalyst compositions and polymerization processes of this invention typically may include olefin compounds having from 2 to 30 carbon atoms per molecule and having at least one olefinic double bond. This invention encompasses homopolymerization processes using a single olefin, such as ethylene or propylene, as well as copolymerization, terpolymerization, etc. reactions using an olefin monomer with at least one other olefinic compound. For example, the resulting ethylene copolymers, terpolymers, etc. may generally contain a major amount of ethylene (mole percent >50) and a minor amount of comonomer (mole percent <50), although this is not a requirement. Comonomers that can be copolymerized with ethylene often may have from 3 to 20 carbon atoms, or from 3 to 10 carbon atoms, in their molecular chain.
En esta invención se pueden emplear olefinas acíclicas, cíclicas, policíclicas, terminales (a), internas, lineales, ramificadas, sustituidas, no sustituidas, funcionalizadas y no funcionalizadas. Por ejemplo, los compuestos insaturados típicos que se pueden polimerizar con las composiciones catalizadoras de esta invención pueden incluir, pero no se limitan a, etileno, propileno, 1-buteno, 2-buteno, 3-metil-1-buteno, isobutileno, 1-penteno, 2 -penteno, 3-metil-1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 2-hexeno, 3-hexeno, 3-etil-1-hexeno, 1-hepteno, 2-hepteno, 3-hepteno, los cuatro octenos normales (por ejemplo, 1-octeno), los cuatro nonenos normales, los cinco decenos normales y similares, o mezclas de dos o más de estos compuestos. Las olefinas cíclicas y bicíclicas, que incluyen, pero no se limitan a, ciclopenteno, ciclohexeno, norbornileno, norbornadieno, y similares, también se pueden polimerizar como se describe en el presente documento. El estireno también se puede emplear como un monómero en la presente invención. En un aspecto, el monómero de olefina puede comprender una olefina C2-C20; alternativamente, una alfa-olefina C2-C20; alternativamente, una olefina C2-C10; alternativamente, una alfaolefina C2-C10; alternativamente, el monómero de olefina puede comprender etileno; o alternativamente, el monómero de olefina puede comprender propileno. In this invention, acyclic, cyclic, polycyclic, terminal (a), internal, linear, branched, substituted, unsubstituted, functionalized and non-functionalized olefins can be used. For example, typical unsaturated compounds that can be polymerized with the catalyst compositions of this invention can include, but are not limited to, ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, 3-methyl-1-butene, isobutylene, 1-pentene, 2-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 3-hexene, 3-ethyl-1-hexene, 1-heptene, 2-heptene, 3-heptene, the four normal octenes (e.g., 1-octene), the four normal nonenes, the five normal decenes, and the like, or mixtures of two or more of these compounds. Cyclic and bicyclic olefins, including, but not limited to, cyclopentene, cyclohexene, norbornylene, norbornadiene, and the like, can also be polymerized as described herein. Styrene can also be employed as a monomer in the present invention. In one aspect, the olefin monomer may comprise a C2-C20 olefin; alternatively, a C2-C20 alpha-olefin; alternatively, a C2-C10 olefin; alternatively, a C2-C10 alpha-olefin; alternatively, the olefin monomer may comprise ethylene; or alternatively, the olefin monomer may comprise propylene.
Cuando se desea un copolímero (o alternativamente, un terpolímero), el monómero de olefina y el comonómero de olefina pueden comprender independientemente, por ejemplo, una alfa-olefina C2-C20. En algunos aspectos, el monómero de olefina puede comprender etileno o propileno, que se copolimeriza con al menos un comonómero (por ejemplo, una alfa-olefina C2-C20, una alfa-olefina C3-C20, etc.). De acuerdo con un aspecto de esta invención, el monómero de olefina usado en el proceso de polimerización puede comprender etileno. En este aspecto, los ejemplos de comonómeros de olefina adecuados pueden incluir, pero no se limitan a, propileno, 1-buteno, 2-buteno, 3-metil-1-buteno, isobutileno, 1-penteno, 2-penteno, 3-metil-1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 2-hexeno, 3-etil-1-hexeno, 1-hepteno, 2-hepteno, 3-hepteno, 1-octeno, 1-deceno, estireno, y similares, o combinaciones de los mismos. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, el monómero de olefina puede comprender etileno, y el comonómero puede comprender una alfa-olefina C3-C10; alternativamente, el comonómero puede comprender 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-deceno, estireno o cualquier combinación de los mismos; alternativamente, el comonómero puede comprender 1-buteno, 1-hexeno, 1-octeno o cualquier combinación de los mismos; alternativamente, el comonómero puede comprender 1-buteno; alternativamente, el comonómero puede comprender 1-hexeno; o alternativamente, el comonómero puede comprender 1-octeno. When a copolymer (or alternatively, a terpolymer) is desired, the olefin monomer and the olefin comonomer may independently comprise, for example, a C2-C20 alpha-olefin. In some aspects, the olefin monomer may comprise ethylene or propylene, which is copolymerized with at least one comonomer (e.g., a C2-C20 alpha-olefin, a C3-C20 alpha-olefin, etc.). In accordance with one aspect of this invention, the olefin monomer used in the polymerization process may comprise ethylene. In this regard, examples of suitable olefin comonomers may include, but are not limited to, propylene, 1-butene, 2-butene, 3-methyl-1-butene, isobutylene, 1-pentene, 2-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 2-hexene, 3-ethyl-1-hexene, 1-heptene, 2-heptene, 3-heptene, 1-octene, 1-decene, styrene, and the like, or combinations thereof. According to another aspect of the present invention, the olefin monomer may comprise ethylene, and the comonomer may comprise a C3-C10 alpha-olefin; Alternatively, the comonomer may comprise 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-octene, 1-decene, styrene, or any combination thereof; alternatively, the comonomer may comprise 1-butene, 1-hexene, 1-octene, or any combination thereof; alternatively, the comonomer may comprise 1-butene; alternatively, the comonomer may comprise 1-hexene; or alternatively, the comonomer may comprise 1-octene.
En general, la cantidad de comonómero introducido en un sistema de reactor de polimerización para producir un copolímero puede ser de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 50 por ciento en peso del comonómero en base al peso total del monómero y el comonómero. Según otro aspecto de la presente invención, la cantidad de comonómero introducido en un sistema de reactor de polimerización puede ser de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 40 por ciento en peso de comonómero en base al peso total del monómero y el comonómero. En otro aspecto más, la cantidad de comonómero introducido en un sistema de reactor de polimerización puede ser de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 35 por ciento en peso de comonómero en base al peso total del monómero y el comonómero. Asimismo, en otro aspecto, la cantidad de comonómero introducido en un sistema de reactor de polimerización puede ser de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 20 por ciento en peso de comonómero en base al peso total del monómero y el comonómero. In general, the amount of comonomer introduced into a polymerization reactor system to produce a copolymer may be from about 0.01 to about 50 weight percent of the comonomer based on the total weight of the monomer and comonomer. In another aspect of the present invention, the amount of comonomer introduced into a polymerization reactor system may be from about 0.01 to about 40 weight percent of comonomer based on the total weight of the monomer and comonomer. In yet another aspect, the amount of comonomer introduced into a polymerization reactor system may be from about 0.1 to about 35 weight percent of comonomer based on the total weight of the monomer and comonomer. Likewise, in another aspect, the amount of comonomer introduced into a polymerization reactor system may be from about 0.5 to about 20 weight percent of comonomer based on the total weight of the monomer and comonomer.
Si bien no se pretende ceñirse a esta teoría, cuando se usan como reactantes olefinas ramificadas, sustituidas o funcionalizadas, se cree que un impedimento estérico puede impedir y/o ralentizar el proceso de polimerización. Por lo tanto, no se esperaría que la(s) porción(es) cíclica(s) y/o ramificada(s) de la olefina eliminadas en parte del doble enlace carbono-carbono impidiera la reacción de la forma en que lo harían los mismos sustituyentes de olefina situados más próximos al doble enlace carbono-carbono. Although it is not intended to be bound by this theory, when branched, substituted, or functionalized olefins are used as reactants, it is believed that steric hindrance may impede and/or slow the polymerization process. Therefore, the cyclic and/or branched portion(s) of the olefin partially removed from the carbon-carbon double bond would not be expected to impede the reaction in the way that the same olefin substituents located closer to the carbon-carbon double bond would.
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, al menos un monómero/reactante puede ser etileno (o propileno), de modo que la reacción de polimerización puede ser una homopolimerización que involucra solo etileno (o propileno), o una copolimerización con una olefina acíclica, cíclica, terminal, interna, lineal, ramificada, sustituida o no sustituida diferente. Además, las composiciones catalizadoras de esta invención se pueden usar en la polimerización de compuestos de diolefina que incluyen, pero no se limitan a, 1,3-butadieno, isopreno, 1,4-pentadieno y 1,5-hexadieno. In accordance with one aspect of the present invention, at least one monomer/reactant may be ethylene (or propylene), such that the polymerization reaction may be a homopolymerization involving only ethylene (or propylene), or a copolymerization with a different acyclic, cyclic, terminal, internal, linear, branched, substituted, or unsubstituted olefin. Furthermore, the catalyst compositions of this invention may be used in the polymerization of diolefin compounds including, but not limited to, 1,3-butadiene, isoprene, 1,4-pentadiene, and 1,5-hexadiene.
Polímeros y artículos Polymers and articles
Los polímeros de olefina abarcados en el presente documento pueden incluir cualquier polímero producido a partir de cualquier monómero y comonómero(s) de olefina descritos en el presente documento. Por ejemplo, el polímero de olefina puede comprender un homopolímero de etileno, un homopolímero de propileno, un copolímero de etileno (por ejemplo, etileno/a-olefina, etileno/1-buteno, etileno/1-hexeno, etileno/1-octeno, etc.), un copolímero de propileno, un terpolímero de etileno, un terpolímero de propileno y similares, incluyendo combinaciones de los mismos. En un aspecto, el polímero de olefina puede ser (o puede comprender) un homopolímero de etileno, un copolímero de etileno/1-buteno, un copolímero de etileno/1-hexeno y/o un copolímero de etileno/1-octeno, o alternativamente, un copolímero de etileno/1-hexeno. En otro aspecto, el polímero de olefina puede ser (o puede comprender) un homopolímero de polipropileno o un copolímero basado en propileno. The olefin polymers encompassed herein may include any polymer produced from any olefin monomer and comonomer(s) described herein. For example, the olefin polymer may comprise an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene copolymer (e.g., ethylene/α-olefin, ethylene/1-butene, ethylene/1-hexene, ethylene/1-octene, etc.), a propylene copolymer, an ethylene terpolymer, a propylene terpolymer, and the like, including combinations thereof. In one aspect, the olefin polymer may be (or may comprise) an ethylene homopolymer, an ethylene/1-butene copolymer, an ethylene/1-hexene copolymer, and/or an ethylene/1-octene copolymer, or alternatively, an ethylene/1-hexene copolymer. In another aspect, the olefin polymer may be (or may comprise) a polypropylene homopolymer or a propylene-based copolymer.
Si el polímero resultante es, por ejemplo, un polímero de etileno, sus propiedades pueden caracterizarse mediante diversas técnicas analíticas conocidas y usadas en la industria de las poliolefinas. Los artículos de fabricación pueden formarse a partir de y/o pueden comprender, los polímeros de etileno de esta invención, cuyas propiedades típicas se proporcionan a continuación. If the resulting polymer is, for example, an ethylene polymer, its properties can be characterized by various analytical techniques known and used in the polyolefin industry. Articles of manufacture can be formed from and/or comprise the ethylene polymers of this invention, typical properties of which are provided below.
Generalmente, la densidad del polímero de etileno (por ejemplo, homopolímero de etileno y/o copolímero de etileno/a-olefina, tal como, un copolímero de etileno/1-buteno, un copolímero de etileno/1-hexeno o un copolímero de etileno/1-octeno) puede variar de aproximadamente 0,87 a aproximadamente 0,96 g/cm3 En un aspecto de esta invención, la densidad del polímero de etileno puede estar en un intervalo de aproximadamente 0,89 a aproximadamente 0,96, o de aproximadamente 0,87 a aproximadamente 0,94 g/cm3. En otro aspecto más, la densidad puede estar en un intervalo de aproximadamente 0,90 a aproximadamente 0,96 g/cm3, tal como, por ejemplo, de aproximadamente 0,91 a aproximadamente 0,96 g/cm3, de aproximadamente 0,91 a aproximadamente 0,95 g/cm3 o de aproximadamente 0,91 a aproximadamente 0,94 g/cm3. Generally, the density of the ethylene polymer (e.g., ethylene homopolymer and/or ethylene/α-olefin copolymer, such as, an ethylene/1-butene copolymer, an ethylene/1-hexene copolymer, or an ethylene/1-octene copolymer) may range from about 0.87 to about 0.96 g/cm. In one aspect of this invention, the density of the ethylene polymer may be in a range of about 0.89 to about 0.96, or from about 0.87 to about 0.94 g/cm. In yet another aspect, the density may be in a range of about 0.90 to about 0.96 g/cm, such as, for example, from about 0.91 to about 0.96 g/cm, from about 0.91 to about 0.95 g/cm, or from about 0.91 to about 0.94 g/cm.
Los intervalos no limitantes adecuados para el índice de fusión (MI) del polímero de etileno pueden incluir un MI menor o igual a aproximadamente 25, menor o igual a aproximadamente 10, menor o igual a aproximadamente 5, o menor o igual a aproximadamente 2 g/10 min. En algunos aspectos, el polímero de etileno puede tener un MI en un intervalo de 0 a aproximadamente 25, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 10, de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 5, de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3, o de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2 g/10 min. Suitable non-limiting ranges for the melt index (MI) of the ethylene polymer may include an MI of less than or equal to about 25, less than or equal to about 10, less than or equal to about 5, or less than or equal to about 2 g/10 min. In some aspects, the ethylene polymer may have an MI in a range of from 0 to about 25, from about 0.1 to about 10, from about 0.25 to about 5, from about 0.5 to about 3, or from about 0.5 to about 2 g/10 min.
Aunque sin limitarse a ellos, el polímero de etileno puede tener un peso molecular promedio en número (Mn) en un intervalo de aproximadamente 5.000 a aproximadamente 150.000, de aproximadamente 5.000 a aproximadamente 50.000, de aproximadamente 10.000 a aproximadamente 100.000 o de aproximadamente 15.000 a aproximadamente 75.000 g/mol. Adicional o alternativamente, el polímero de etileno puede tener un peso molecular promedio en peso (Mw) en un intervalo de aproximadamente 50.000 a aproximadamente 700.000, de aproximadamente 60.000 a aproximadamente 600.000, de aproximadamente 75.000 a aproximadamente 500.000, o de aproximadamente 100.000 a aproximadamente 400.000 g/mol. Although not limited thereto, the ethylene polymer may have a number average molecular weight (Mn) in a range of about 5,000 to about 150,000, about 5,000 to about 50,000, about 10,000 to about 100,000, or about 15,000 to about 75,000 g/mol. Additionally or alternatively, the ethylene polymer may have a weight average molecular weight (Mw) in a range of about 50,000 to about 700,000, about 60,000 to about 600,000, about 75,000 to about 500,000, or about 100,000 to about 400,000 g/mol.
Los polímeros de etileno, ya sean homopolímeros, copolímeros, etc. se les puede dar forma de diversos artículos de fabricación. Artículos que pueden comprender polímeros de esta invención incluyen, pero no se limitan a, una película agrícola, una pieza de automóvil, una botella, un tambor, una fibra o tela, una película o recipiente para el envasado de alimentos, un artículo para servicio de alimentos, un depósito de combustible, una geomembrana, un recipiente doméstico, un revestimiento, un producto moldeado, un dispositivo o material médico, una tubería, una lámina o cinta, un juguete y similares. Se pueden emplear diversos procesos para formar estos artículos. Los ejemplos no limitantes de estos procesos incluyen moldeo por inyección, moldeo por soplado, moldeo por rotación, extrusión de película, extrusión de lámina, extrusión de perfiles, termoconformación y similares. Adicionalmente, a menudo se añaden aditivos y modificadores a estos polímeros para proporcionar atributos favorables para el procesado de polímeros o el producto de uso final. Dichos procesos y materiales se describen enModern PlasticsEncyclopedia,edición de mediados de noviembre de 1995, vol. 72, N°. 12; yFilm Extrusión Manual - Process, Materials, Properties,TAPPI Press, 1992. Ethylene polymers, whether homopolymers, copolymers, etc., can be formed into various articles of manufacture. Articles that may comprise polymers of this invention include, but are not limited to, an agricultural film, an automotive part, a bottle, a drum, a fiber or fabric, a film or container for food packaging, a food service article, a fuel tank, a geomembrane, a household container, a liner, a molded product, a medical device or material, a pipe, a sheet or tape, a toy, and the like. Various processes can be employed to form these articles. Non-limiting examples of these processes include injection molding, blow molding, rotational molding, film extrusion, sheet extrusion, profile extrusion, thermoforming, and the like. Additionally, additives and modifiers are often added to these polymers to provide favorable attributes for polymer processing or the end-use product. These processes and materials are described in Modern Plastics Encyclopedia, Mid-November 1995, Vol. 72, No. 12; and Film Extrusion Manual - Process, Materials, Properties, TAPPI Press, 1992.
En esta invención también se contempla un método para formar o preparar un artículo de fabricación que comprende un polímero producido por cualquiera de los procesos de polimerización divulgados en este documento. Por ejemplo, el método puede comprender (i) poner en contacto una composición catalizadora con un monómero de olefina y un comonómero de olefina opcional en un sistema de reacción de polimerización en condiciones de polimerización para producir un polímero de olefina, en donde la composición catalizadora puede comprender un compuesto de metaloceno, un activador de óxido sólido fluorado y un cocatalizador opcional (por ejemplo, un compuesto de organoaluminio); y (ii) formar un artículo de fabricación que comprende el polímero de olefina. La etapa de formación puede comprender combinación, procesamiento en estado fundido, extrusión, moldeo o termoconformado, y similares, incluyendo combinaciones de los mismos. Also contemplated by this invention is a method for forming or preparing an article of manufacture comprising a polymer produced by any of the polymerization processes disclosed herein. For example, the method may comprise (i) contacting a catalyst composition with an olefin monomer and an optional olefin comonomer in a polymerization reaction system under polymerization conditions to produce an olefin polymer, wherein the catalyst composition may comprise a metallocene compound, a fluorinated solid oxide activator, and an optional cocatalyst (e.g., an organoaluminum compound); and (ii) forming an article of manufacture comprising the olefin polymer. The forming step may comprise compounding, melt processing, extrusion, molding or thermoforming, and the like, including combinations thereof.
Ejemplos Examples
La invención se ilustra además mediante los siguientes ejemplos, que no deben interpretarse de ninguna manera como que impongan limitaciones al alcance de esta invención. The invention is further illustrated by the following examples, which should not be construed in any way as imposing limitations on the scope of this invention.
El índice de fusión (MI, g/10 minutos) se puede determinar según la norma ASTM D1238 a 190 °C, con un peso de 2.160 gramos, y el índice de fusión a cargas altas (HLMI, g/10 min) se puede determinar según la norma ASTM D1238 a 190 °C, con un peso de 21.600 gramos. La densidad se puede determinar en gramos por centímetro cúbico (g/cm3) en una muestra moldeada por compresión, enfriada a 15 °C por hora y acondicionada durante 40 horas a temperatura ambiente según la norma ASTm D1505 y ASTM D4703. The melt index (MI, g/10 min) can be determined according to ASTM D1238 at 190°C using a weight of 2,160 grams, and the high-load melt index (HLMI, g/10 min) can be determined according to ASTM D1238 at 190°C using a weight of 21,600 grams. The density can be determined in grams per cubic centimeter (g/cm3) on a compression-molded specimen cooled at 15°C per hour and conditioned for 40 hours at room temperature according to ASTM D1505 and ASTM D4703.
Los pesos moleculares y las distribuciones de pesos moleculares se pueden obtener usando un sistema PL-GPC 220 (Polymer Labs, una compañía de Agilent) equipado con un detector IR4 (Polymer Char, España) y tres columnas GPC Styragel HMW-6E (Waters, MA) funcionando a 145 °C. El caudal de la fase móvil de 1,2,4-triclorobenceno (TCB) que contenía 0,5 g/L de 2,6-di-t-butil-4-metilfenol (BHT) se ajustó en 1 mL/min, y las concentraciones de solución polimérica estaban dentro del intervalo de 1,0-1,5 mg/mL, dependiendo del peso molecular. La preparación de las muestras se realizó a 150°C durante teóricamente 4 horas, con agitación ocasional y suave, antes de transferir las soluciones a viales de muestra para inyección. Se usó un volumen de inyección de aproximadamente 200 pL. Se usó el método de calibración integral para deducir pesos moleculares y distribuciones de pesos moleculares usando una resina de polietileno HDPE de Chevron Phillips Chemical Company, MARLEX® BHB5003, como estándar. La tabla integral del estándar se puede determinar previamente en un experimento independiente con SEC-MALS. Mn es el peso molecular promedio en número, Mw es el peso molecular promedio en peso y Mz es el peso molecular promedio z. Molecular weights and molecular weight distributions were obtained using a PL-GPC 220 system (Polymer Labs, an Agilent company) equipped with an IR4 detector (Polymer Char, Spain) and three Styragel HMW-6E GPC columns (Waters, MA) operating at 145 °C. The flow rate of the 1,2,4-trichlorobenzene (TCB) mobile phase containing 0.5 g/L of 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol (BHT) was set at 1 mL/min, and polymer solution concentrations were within the range of 1.0–1.5 mg/mL, depending on the molecular weight. Sample preparation was carried out at 150 °C for a theoretical 4 h, with occasional gentle agitation, before the solutions were transferred into sample vials for injection. An injection volume of approximately 200 pL was used. The integral calibration method was used to derive molecular weights and molecular weight distributions using a Chevron Phillips Chemical Company HDPE polyethylene resin, MARLEX® BHB5003, as a standard. The integral table of the standard can be predetermined in an independent SEC-MALS experiment. Mn is the number-average molecular weight, Mw is the weight-average molecular weight, and Mz is the z-average molecular weight.
Las caracterizaciones reológicas del fundido se realizaron como se indica a continuación. Las mediciones de cizalladura oscilatoria para deformaciones pequeñas (10 %) se llevaron a cabo en un reómetro Anton Paar MCR 501 usando geometría de placas paralelas. Todos los ensayos reológicos se llevaron a cabo a 190 °C. Después, los datos de viscosidad compleja |n*| versus frecuencia (w) se ajustaron a una curva usando el modelo empírico de Carreau-Yasuda (CY) de tres parámetros modificado para obtener la viscosidad de corte cero -no,el tiempo de relajación viscosa característico - Tn, y el parámetro de amplitud -a(parámetro CY-a). El modelo empírico de Carreau-Yasuda (CY) simplificado es como se indica a continuación. ;; ;;; en el que: |n*(w)| = magnitud de viscosidad de cizalladura compleja; Rheological characterizations of the melt were performed as follows. Oscillatory shear measurements for small strains (10%) were carried out on an Anton Paar MCR 501 rheometer using parallel-plate geometry. All rheological tests were performed at 190 °C. The complex viscosity data |n*| versus frequency (w) were then curve-fitted using the modified three-parameter empirical Carreau-Yasuda (CY) model to obtain the zero shear viscosity (n*), the characteristic viscous relaxation time (Tn), and the amplitude parameter (a) (CY parameter-a). The simplified empirical Carreau-Yasuda (CY) model is as follows: ;; ;;; where: |n*(w)| = magnitude of complex shear viscosity;
n0= viscosidad a cizallamiento nula; n0= zero shear viscosity;
Tn= tiempo de relajación viscosa (Tau(n) en segundos); Tn= viscous relaxation time (Tau(n) in seconds);
a= parámetro "amplitud" (parámetro CY-a); a= "amplitude" parameter (CY-a parameter);
n= fija la pendiente final de la ley de potencia, fijada en 2/11; y n = sets the final slope of the power law, set at 2/11; and
w= frecuencia angular de deformación de cizalladura oscilatoria. w= angular frequency of oscillatory shear deformation.
Los detalles de la importancia y la interpretación del modelo CY y los parámetros derivados se pueden encontrar en: C. A. Hieber y H. H. Chiang,Rheol. Acta,28, 321 (1989); C.A. Hieber y H.H. Chiang,Polym. Eng. Sci.,32, 931 (1992); y R. B. Bird, R. C. Armstrong y O. Hasseger,Dynamics of Polymeric Liquids, Volumen 1, Fluid Mechanics,2.a Edición, John Wiley & Sons (1987). Details of the significance and interpretation of the CY model and derived parameters can be found in: C. A. Hieber and H. H. Chiang, Rheol. Acta, 28, 321 (1989); C. A. Hieber and H. H. Chiang, Polym. Eng. Sci., 32, 931 (1992); and R. B. Bird, R. C. Armstrong, and O. Hasseger, Dynamics of Polymeric Liquids, Volume 1, Fluid Mechanics, 2nd Edition, John Wiley & Sons (1987).
El tamaño de partícula d50, o tamaño de partícula mediano o promedio, se refiere al tamaño de partícula para el cual el 50% de la muestra tiene un tamaño menor y el 50% de la muestra tiene un tamaño mayor. La distribución del tamaño de partícula (incluidos d10, d50 y d90) se determinó usando difracción láser de acuerdo con la norma ISO 13320. The d50 particle size, or median or average particle size, refers to the particle size for which 50% of the sample is smaller and 50% is larger. The particle size distribution (including d10, d50, and d90) was determined using laser diffraction in accordance with ISO 13320.
Las áreas superficiales BET reveladas en el presente documento se determinaron usando el método de adsorción de nitrógeno BET de Brunaur et al.,J. Am. Chem. Soc.,60, 309 (1938). Los volúmenes totales de poros se determinaron de acuerdo con Halsey, G.D.,J. Chem. Phys.(1948), 16, pág. 931. The BET surface areas disclosed herein were determined using the BET nitrogen adsorption method of Brunaur et al., J. Am. Chem. Soc., 60, 309 (1938). Total pore volumes were determined according to Halsey, G.D., J. Chem. Phys. (1948), 16, p. 931.
Ejemplos A1-A2 Examples A1-A2
Preparación de óxido sólido fluorado Preparation of solid fluorinated oxide
Para el Ejemplo A1, se produjo un óxido sólido fluorado usando HBF4, y para el Ejemplo A2, se produjo un óxido sólido fluorado usando H2SiF6. Se usó ZnO como la base inorgánica y el óxido sólido fue alúmina recubierta de sílice (Siral® 40), que contiene 40 % en peso de sílice y 60 % en peso de alúmina. Los cálculos de recetas para (A1) ácido tetrafluorobórico (HBF4) y (A2) ácido hexafluorosilícico (H2SiF6) se muestran en la Tabla I para 5 % en peso de F, o 5 gramos de F por 100 gramos (peso seco) del óxido sólido. Se usaron aproximadamente 1,25 equivalentes de ZnO por cada equivalente de ácido y, después de la adición del óxido sólido, el porcentaje de sólidos en la mezcla acuosa fue del 20 % en peso. For Example A1, a fluorinated solid oxide was produced using HBF4, and for Example A2, a fluorinated solid oxide was produced using H2SiF6. ZnO was used as the inorganic base and the solid oxide was silica-coated alumina (Siral® 40), containing 40% by weight silica and 60% by weight alumina. Recipe calculations for (A1) tetrafluoroboric acid (HBF4) and (A2) hexafluorosilicic acid (H2SiF6) are shown in Table I for 5% by weight F, or 5 grams of F per 100 grams (dry weight) of the solid oxide. About 1.25 equivalents of ZnO were used for each equivalent of acid, and after the addition of the solid oxide, the percent solids in the aqueous mixture was 20% by weight.
Para estos ejemplos, primero se cargó agua en el recipiente, seguido del compuesto ácido que contiene flúor y después el ZnO, y se agitó hasta la disolución, lo que llevó aproximadamente 10 minutos. Si se desea, se puede agregar un indicador ácido-base (por ejemplo, naranja de metilo) para confirmar que se ha agregado suficiente ZnO para alcanzar un pH generalmente neutro, en este caso, un valor de pH de aproximadamente 4,5. Dependiendo de las condiciones particulares, no todo el ZnO se puede disolver. Una vez completada la adición de ZnO, se añadió el óxido sólido y se mezcló durante 30 minutos a 25 °C para formar una suspensión acuosa. Posteriormente, los óxidos sólidos fluorados se secaron por pulverización. For these examples, water was first charged to the vessel, followed by the fluorine-containing acid compound and then the ZnO, and stirred until dissolved, which took approximately 10 minutes. If desired, an acid-base indicator (e.g., methyl orange) can be added to confirm that sufficient ZnO has been added to achieve a generally neutral pH, in this case, a pH value of approximately 4.5. Depending on the particular conditions, not all of the ZnO may dissolve. After the ZnO addition was complete, the solid oxide was added and mixed for 30 minutes at 25 °C to form an aqueous suspension. The fluorinated solid oxides were subsequently spray-dried.
Tabla I. Preparación de óxido sólido fluorado Table I. Preparation of fluorinated solid oxide
Ejemplos A3-A4 Examples A3-A4
Preparación de óxido sólido fluorado con un metal adicional.Preparation of solid fluorinated oxide with an additional metal.
El ejemplo A3 es el óxido sólido fluorado del ejemplo A1 con impregnación de zinc adicional, y el ejemplo A4 es el óxido sólido fluorado del ejemplo A2 con impregnación de zinc adicional. El protocolo usado para preparar los Ejemplos A3-A4 fue el mismo que para los Ejemplos A1-A2, excepto que en los Ejemplos A3-A4, después de completarse la adición de ZnO, se añadió una cantidad adicional de acetato de zinc, para una cantidad total de Zn de aproximadamente 1 mmol/g del óxido sólido, como se muestra en la Tabla II. Example A3 is the fluorinated solid oxide of Example A1 with additional zinc impregnation, and Example A4 is the fluorinated solid oxide of Example A2 with additional zinc impregnation. The protocol used to prepare Examples A3-A4 was the same as for Examples A1-A2, except that in Examples A3-A4, after the addition of ZnO was complete, an additional amount of zinc acetate was added, for a total amount of Zn of approximately 1 mmol/g of the solid oxide, as shown in Table II.
Tabla II. Preparación de óxido sólido fluorado con metal adicional Table II. Preparation of fluorinated solid oxide with additional metal
Ejemplos 1-15 y C1-C6 Examples 1-15 and C1-C6
Experimentos de polimerización con óxidos sólidos fluorados.Polymerization experiments with fluorinated solid oxides.
Para los Ejemplos 1-14 y C1-C5, el procedimiento general para los experimentos de polimerización fue el siguiente. Los experimentos de polimerización se resumen en la Tabla III y se llevaron a cabo en un reactor autoclave de 2,2 L, usándose isobutano (1,2 L) en todos los experimentos. El óxido sólido fluorado, la solución de TIBA y 3 mg del compuesto de metaloceno (que era dicloruro de 1-(metil)-1-(3-butenil)-1-(ciclopentadienil)-1-(2,7-di-tercbutilfluorenil) metano circonio, un compuesto de metaloceno con puente de ciclopentadienil-fluorenilo con un puente de carbono sustituido con un metilo y un butenilo terminal) se cargaron en el reactor, seguido de la adición de isobutano. Se usó un exceso de metaloceno para poder evaluar la actividad del óxido sólido fluorado. El contenido del reactor se agitó y calentó a la temperatura de reacción de polimerización deseada de 95 °C. A continuación se introdujo etileno en el reactor (no se añadió hidrógeno ni comonómero) y se alimentó etileno a demanda para mantener la presión objetivo de 2,76 MPa (400 psig) durante el tiempo de reacción deseado. El reactor se mantuvo a 95 °C durante todo el procedimiento mediante un sistema automático de calentamiento y enfriamiento. Después de ventilar el reactor, purgar y enfriar, el producto polimérico resultante se secó bajo presión reducida. Para los Ejemplos 15 y C16, se usó un reactor de acero de 4-L con 2 L de isobutano, pero solo se usó 1 mg del compuesto de metaloceno. For Examples 1-14 and C1-C5, the general procedure for the polymerization experiments was as follows. The polymerization experiments are summarized in Table III and were carried out in a 2.2 L autoclave reactor, with isobutane (1.2 L) used in all experiments. The fluorinated solid oxide, TIBA solution, and 3 mg of the metallocene compound (which was 1-(methyl)-1-(3-butenyl)-1-(cyclopentadienyl)-1-(2,7-di-tert-butylfluorenyl) methane zirconium dichloride, a cyclopentadienyl-fluorenyl bridged metallocene compound with one carbon bridge substituted by a methyl and a terminal butenyl) were charged to the reactor, followed by the addition of isobutane. An excess of the metallocene was used to allow the activity of the fluorinated solid oxide to be assessed. The reactor contents were stirred and heated to the desired polymerization reaction temperature of 95°C. Ethylene was then introduced into the reactor (no hydrogen or comonomer was added) and ethylene was fed on demand to maintain the target pressure of 2.76 MPa (400 psig) for the desired reaction time. The reactor was maintained at 95°C throughout the process by an automatic heating and cooling system. After venting the reactor, purging, and cooling, the resulting polymer product was dried under reduced pressure. For Examples 15 and C16, a 4-L steel reactor with 2 L of isobutane was used, but only 1 mg of the metallocene compound was used.
Los óxidos sólidos fluorados para los Ejemplos 1-15 se prepararon como se describe generalmente en los Ejemplos A1-A4, excepto que el ZnO se combinó primero con el agua, seguido por la adición del compuesto ácido que contiene flúor, que fue neutralizado por el ZnO (a un pH en el intervalo de 4-5). La mayor parte, si no todo, del ZnO se disolvió. Para los Ejemplos 3-4, se añadió acetato de zinc adicional a la mezcla acuosa. Después, se añadió la alúmina recubierta de sílice (40 % en peso de sílice) y se mezcló durante 30 minutos a 25 oC, seguido de secado por pulverización a aproximadamente 100 °C. Después del secado, el catalizador se calcinó durante 3 horas en aire a la temperatura máxima de calcinación respectiva que se muestra en la Tabla III. The fluorinated solid oxides for Examples 1-15 were prepared as generally described in Examples A1-A4, except that the ZnO was first combined with water, followed by the addition of the fluorine-containing acidic compound, which was neutralized by the ZnO (to a pH in the range of 4-5). Most, if not all, of the ZnO dissolved. For Examples 3-4, additional zinc acetate was added to the aqueous mixture. The silica-coated alumina (40 wt % silica) was then added and mixed for 30 minutes at 25 °C, followed by spray drying at about 100 °C. After drying, the catalyst was calcined for 3 hours in air at the respective maximum calcination temperature shown in Table III.
La FIG. 1 representa la distribución del tamaño de partícula del producto de óxido sólido fluorado del Ejemplo 15 y, en resumen, el producto de óxido sólido fluorado (alúmina recubierta de sílice fluorada) tenía un d10 de 17 pm, un d50 de 49 pm y un d90 de 78 pm. FIG. 1 depicts the particle size distribution of the fluorinated solid oxide product of Example 15 and, in summary, the fluorinated solid oxide product (fluorinated silica coated alumina) had a d10 of 17 pm, a d50 of 49 pm and a d90 of 78 pm.
La FIG. 2 es una micrografía electrónica de barrido del óxido sólido fluorado del Ejemplo 15. Como se muestra en la FIG. 2, tanto el flúor como el zinc están bien distribuidos en la superficie del óxido sólido fluorado, lo que demuestra una distribución homogénea y un uso eficiente de ambos componentes de flúor y zinc en la producción del óxido sólido fluorado. FIG. 2 is a scanning electron micrograph of the fluorinated solid oxide of Example 15. As shown in FIG. 2, both fluorine and zinc are well distributed on the surface of the fluorinated solid oxide, demonstrating a homogeneous distribution and efficient use of both fluorine and zinc components in the production of the fluorinated solid oxide.
Los óxidos sólidos fluorados para los ejemplos de control C1-C3 se produjeron poniendo en contacto la alúmina recubierta de sílice con una solución ácida de HF, permitiendo que el flúor se absorba en el óxido sólido y después secando por pulverización en un secador por pulverización comercial. El tamaño de partícula d50 fue de 37 pm. The fluorinated solid oxides for control examples C1-C3 were produced by contacting silica-coated alumina with an acidic HF solution, allowing fluorine to absorb onto the solid oxide, and then spray-drying in a commercial spray dryer. The d50 particle size was 37 pm.
Los óxidos sólidos fluorados para los Ejemplos de control C4-C6 se produjeron impregnando alúmina recubierta de sílice con una solución de bifluoruro de amonio (C4 y C6) o una solución de HBF4 (C5) en metanol (sin adición de base inorgánica), secando y después calcinando durante 3 horas, como se muestra en la Tabla III. Los ejemplos C4-C5 se secaron por pulverización, mientras que el C6 se secó en horno. The fluorinated solid oxides for Control Examples C4-C6 were produced by impregnating silica-coated alumina with either ammonium bifluoride solution (C4 and C6) or HBF4 solution (C5) in methanol (no inorganic base addition), drying, and then calcining for 3 hours as shown in Table III. Examples C4-C5 were spray-dried, while C6 was oven-dried.
Para la preparación de óxido sólido fluorado, la Tabla III resume las condiciones de secado por pulverización y calcinación, el compuesto de flúor usado y la cantidad (mmol por gramo de óxido sólido), la cantidad de ZnO, la cantidad de acetato de zinc (si se usa) y el área superficial (SA) y el volumen total de poros (PV) de la alúmina recubierta de sílice fluorada. Para los experimentos de polimerización, la Tabla III resume la cantidad de cocatalizador TIBA (triisobutilaluminio), la cantidad de alúmina recubierta de sílice fluorada (FSCA), la cantidad de polietileno producido (g), el tiempo de reacción (min), el rendimiento del catalizador (gramos de PE por gramo de FSCA) y la actividad catalizadora (gramos de PE por gramo de FSCA por hora). For the preparation of fluorinated solid oxide, Table III summarizes the spray drying and calcination conditions, the fluorine compound used and the amount (mmol per gram of solid oxide), the amount of ZnO, the amount of zinc acetate (if used), and the surface area (SA) and total pore volume (PV) of the fluorinated silica-coated alumina. For the polymerization experiments, Table III summarizes the amount of TIBA (triisobutylaluminum) cocatalyst, the amount of fluorinated silica-coated alumina (FSCA), the amount of polyethylene produced (g), the reaction time (min), the catalyst yield (grams of PE per gram of FSCA), and the catalyst activity (grams of PE per gram of FSCA per hour).
Los ejemplos C1-C3 demuestran la actividad catalizadora típica del -un promedio de 8.600 g/g/h- cuando se usa el FSCA estándar producido con HF. Usando óxidos sólidos fluorados producidos como se describe en el presente documento, los Ejemplos 1 a 14 usaron secado por pulverización de laboratorio, y los datos parecen indicar que una temperatura de calcinación ligeramente superior a 650 °C da como resultado una mayor actividad catalizadora, a diferencia de los 600 °C estándar usados para C1-C3. Es importante destacar que los ejemplos que se calcinaron a 650 oC mostraron una actividad comparable, si no superior - un promedio de 9.900 g/g/h - a la de los Ejemplos C1-C3. Examples C1-C3 demonstrate typical catalyst activity—an average of 8,600 g/g/h—when using standard HF-produced FSCA. Using fluorinated solid oxides produced as described herein, Examples 1 through 14 used laboratory spray drying, and the data appears to indicate that a calcination temperature slightly higher than 650 °C results in increased catalyst activity, as opposed to the standard 600 °C used for C1-C3. Importantly, the examples calcined at 650 °C showed comparable, if not higher, activity—an average of 9,900 g/g/h—than Examples C1-C3.
Para determinar el impacto del ZnO (base inorgánica) en la actividad catalizadora, se produjeron los Ejemplos C4-C5 usando un bifluoruro de amonio estándar como fuente de fluoruro y con una fuente de fluoruro de HBF4 (como en los Ejemplos 1-14), pero ambos sin adición de zinc. Si bien la intención principal de la adición de base inorgánica no está relacionada con la actividad catalizadora, parece que la adición de ZnO resultó en un ligero aumento en la actividad catalizadora. To determine the impact of ZnO (inorganic base) on catalyst activity, Examples C4-C5 were produced using a standard ammonium bifluoride as the fluoride source and with an HBF4 fluoride source (as in Examples 1-14), but both without the addition of zinc. While the primary intent of the inorganic base addition is not related to catalyst activity, it appears that the addition of ZnO resulted in a slight increase in catalyst activity.
El ejemplo 15 fue una evaluación a mayor escala de FSCA, con secado por pulverización y calcinación en instalaciones de planta piloto, y se probó bajo diferentes condiciones de polimerización, lo que produjo una actividad catalizadora menor que en los ejemplos 1-14. El ejemplo C6 proporciona un catalizador de control ejecutado en estas mismas condiciones, lo que demuestra que la actividad catalizadora del Ejemplo 15 es mucho mayor. Example 15 was a larger-scale evaluation of FSCA, using spray drying and calcination in pilot plant facilities, and was tested under different polymerization conditions, resulting in lower catalyst activity than Examples 1-14. Example C6 provides a control catalyst run under these same conditions, demonstrating that the catalyst activity of Example 15 is much higher.
En resumen, estos ejemplos indican que los procesos descritos para fabricar óxidos sólidos fluorados dan como resultado un activador que es comparable, si no superior, a los activadores de óxidos sólidos fluorados estándar producidos mediante otros procesos. Sin embargo, lo beneficioso es que estos óxidos sólidos fluorados se pueden producir a un pH relativamente neutro (>4) sin la emisión de humos de fluoruro de hidrógeno potencialmente peligrosos y corrosivos. In summary, these examples indicate that the processes described for manufacturing fluorinated solid oxides result in an activator comparable to, if not superior to, standard fluorinated solid oxide activators produced by other processes. However, the advantage is that these fluorinated solid oxides can be produced at a relatively neutral pH (>4) without the emission of potentially hazardous and corrosive hydrogen fluoride fumes.
Ejemplos 16-23Preparación de óxido sólido fluorado con una base de sodio. Examples 16-23: Preparation of fluorinated solid oxide with a sodium base.
La alúmina recubierta de sílice (Siral® 40) se impregnó con ácido fluorhídrico hasta alcanzar un 5%en peso de F, y se añadió carbonato de sodio en forma acuosa para neutralizar el ácido, en una cantidad igual al nivel de sodio que se muestra en la Tabla IV. Se añadió sodio para neutralizar la acidez durante la preparación de alúmina recubierta de sílice fluorada (FSCA). Después, estos soportes de FSCA se calcinaron en aire a 600 °C durante tres horas, se enfriaron a temperatura ambiente y se lavaron con nitrógeno seco durante 30 minutos. Se introdujo una muestra de 100 mg de cada FSCA en un autoclave de acero inoxidable de 4-L, junto con 0,4 mL de triisobutilaluminio (TIBA) y 0,2 mg de un compuesto de metaloceno con puente (dicloruro de 1-(metil)-1 -(3-butenil)-1 -(ciclopentadienil)-1 -(2,7-di-terc-butilfluorenil) metano circonio, un compuesto de metaloceno con puente de ciclopentadienil-fluorenilo con un puente de carbono sustituido con un metilo y un butenilo terminal). Después se añadieron dos litros de isobutano líquido y se elevó la temperatura del reactor a 90 °C y se mantuvo a esa temperatura durante todo el experimento. Se añadió etileno a 2,69 MPa (390 psig) y se suministró a demanda a esa presión durante 30 minutos. Después de ventilar el reactor, purgar y enfriar, el producto polimérico resultante se secó bajo presión reducida. Silica-coated alumina (Siral® 40) was impregnated with hydrofluoric acid to 5% F, and sodium carbonate was added in aqueous form to neutralize the acid, in an amount equal to the sodium level shown in Table IV. Sodium was added to neutralize the acidity during the preparation of fluorinated silica-coated alumina (FSCA). These FSCA supports were then calcined in air at 600 °C for three hours, cooled to room temperature, and flushed with dry nitrogen for 30 minutes. A 100 mg sample of each FSCA was placed into a 4-L stainless steel autoclave, along with 0.4 mL of triisobutylaluminum (TIBA) and 0.2 mg of a bridged metallocene compound (1-(methyl)-1-(3-butenyl)-1-(cyclopentadienyl)-1-(2,7-di-tert-butylfluorenyl) methane zirconium dichloride, a cyclopentadienyl-fluorenyl bridged metallocene compound with one carbon bridge substituted with a methyl and a terminal butenyl). Two liters of liquid isobutane were then added, and the reactor temperature was raised to 90 °C and maintained at that temperature throughout the experiment. Ethylene was added at 2.69 MPa (390 psig) and supplied on demand at that pressure for 30 minutes. After venting, purging and cooling the reactor, the resulting polymer product was dried under reduced pressure.
La Tabla IV resume los resultados de los Ejemplos 16-23. La actividad se calculó a partir de la cantidad de polímero producido por gramo de FSCA y en el tiempo asignado. La adición de sodio cambió el peso molecular y las propiedades reológicas del polímero producido. Aunque el carbonato de sodio redujo la acidez, también redujo inaceptablemente la actividad del catalizador a medida que se añadían cantidades cada vez mayores de sodio. Table IV summarizes the results of Examples 16-23. Activity was calculated from the amount of polymer produced per gram of FSCA and the allotted time. The addition of sodium changed the molecular weight and rheological properties of the polymer produced. Although sodium carbonate reduced the acidity, it also unacceptably reduced catalyst activity as increasing amounts of sodium were added.
Ejemplos 24-30 Examples 24-30
Preparación de óxido sólido fluorado con magnesio. Preparation of solid fluorinated oxide with magnesium.
En los Ejemplos 24-30, se usó el mismo procedimiento de los Ejemplos 16-23, excepto que se añadió nitrato de magnesio, en lugar de una base de sodio, durante la preparación del FSCA. Después de la preparación, los soportes de FSCA se secaron y calcinaron a 475 °C, seguido de experimentos de polimerización idénticos a los Ejemplos 16-23. La Tabla V resume los resultados de los Ejemplos 24-30. Inesperadamente, la actividad no se vio afectada por la adición de nitrato de magnesio, independientemente de la cantidad añadida. Además, el peso molecular del polímero y las propiedades relógicas no se vieron afectados. In Examples 24-30, the same procedure as in Examples 16-23 was used, except that magnesium nitrate, instead of a sodium base, was added during the preparation of the FSCA. After preparation, the FSCA supports were dried and calcined at 475 °C, followed by polymerization experiments identical to Examples 16-23. Table V summarizes the results of Examples 24-30. Unexpectedly, the activity was not affected by the addition of magnesium nitrate, regardless of the amount added. Furthermore, the polymer molecular weight and rheological properties were unaffected.
Ejemplos 31-32 Examples 31-32
Preparación de óxido sólido fluorado con diferentes bases de magnesio. Preparation of fluorinated solid oxide with different magnesium bases.
Para el Ejemplo 31, se añadieron 6,9 mL de una solución de 22,5 % en peso de H2SiF6 a 30 mL de agua, produciendo una solución ácida que tiene un pH de aproximadamente 1,0. Para neutralizar la acidez se añadió carbonato de magnesio, lo que generó gas CO2. La adición se continuó hasta que se detuvo la generación de gas, lo que ocurrió con 2,2 g de MgCO3, que es aproximadamente 2 moles de Mg por mol de ácido H2SiF6 usado. La adición de carbonato de magnesio elevó el pH de la mezcla resultante a un pH de aproximadamente 5,1. Después, a esta mezcla se le añadieron 30 g de alúmina recubierta de sílice Siral® 40. Después de mezclar durante 5 minutos, se retiró el FSCA, se secó en un horno de vacío a 110 °C durante la noche y se pasó a través de un tamiz de malla 35. Después se calcinó una muestra de 10-g de este polvo en un lecho fluidizado a 600 °C durante tres horas, de manera similar a los Ejemplos 16-23. Después se realizaron experimentos de polimerización idénticos a los Ejemplos 16-23, usando 100 mg de FSCA, 0,4 mL de TIBA 1 M y 2 mg del metaloceno con puente. Para el Ejemplo 31, se realizaron tres experimentos con el FSCA preparado usando MgCO3 y se obtuvieron actividades inesperadamente altas: 7160 g/g/h, 7600 g/g/h y 7740 g/g/h. For Example 31, 6.9 mL of a 22.5 wt % H2SiF6 solution was added to 30 mL of water, producing an acidic solution having a pH of about 1.0. To neutralize the acidity, magnesium carbonate was added, generating CO2 gas. The addition was continued until gas generation stopped, which occurred at 2.2 g of MgCO3, which is about 2 moles of Mg per mole of acid H2SiF6 used. The addition of magnesium carbonate raised the pH of the resulting mixture to a pH of about 5.1. Then, 30 g of Siral® 40 silica-coated alumina was added to this mixture. After mixing for 5 minutes, the FSCA was removed, dried in a vacuum oven at 110 °C overnight, and passed through a 35 mesh sieve. A 10-g sample of this powder was then calcined in a fluidized bed at 600 °C for three hours, in a manner similar to Examples 16-23. Polymerization experiments identical to Examples 16-23 were then performed using 100 mg of FSCA, 0.4 mL of 1 M TIBA, and 2 mg of the bridged metallocene. For Example 31, three experiments were performed with the FSCA prepared using MgCO3, and unexpectedly high activities were obtained: 7160 g/g/h, 7600 g/g/h, and 7740 g/g/h.
Para el Ejemplo 32, se usó el mismo procedimiento del Ejemplo 31, excepto que se introdujo la misma cantidad molar de Mg en el ácido hexafluorosilícico en forma de hidróxido de magnesio. Las condiciones de polimerización fueron las mismas. Se realizaron dos experimentos con el FSCA preparado usando Mg(OH)2 y, de manera similar al Ejemplo 31, se obtuvieron actividades inesperadamente altas para el Ejemplo 32: 6840 g/g/h y 6400 g/g/h. For Example 32, the same procedure as Example 31 was used except that the same molar amount of Mg was introduced into the hexafluorosilicic acid in the form of magnesium hydroxide. The polymerization conditions were the same. Two experiments were performed with the FSCA prepared using Mg(OH)2 and, similarly to Example 31, unexpectedly high activities were obtained for Example 32: 6840 g/g/h and 6400 g/g/h.
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